单螺旋机械搅拌半固态浆料制备技术研究

论文摘要

近年来,变形铝合金线材在市场上的需求量越来越大,但是铝合金线材的传统生产工艺效率低,质量差、产品种类少,难以满足市场需求。有些变形铝合金采用连铸连轧技术生产线材容易导致轧制时裂纹的产生,不适合直接进行连铸连轧。考虑将半固态技术与PROPERZI或连铸连轧技术相结合,能够扩大铝合金线材的产品范围和规格,提高生产效率和质量。本文对单螺旋水平机械搅拌装置主体部分的设计进行了详细的描述。传统的单螺旋搅拌杆的设计只有螺旋搅拌部分或者搅拌桨部分,本设计综合了两者的优点,将螺旋搅拌部分和搅拌桨结合起来,既保留了螺旋搅拌器的剪切、混合、推进作用,又能够综合搅拌浆的破碎枝晶的作用,是本装置的最大特点；对搅拌桶通体和搅拌桶端盖进行了设计,并对搅拌杆的主轴部分进行了扭转强度校核。本论文先以锡铅合金为实验对象进行探索性试验,在搅拌器转速60转/min、浇注温度350℃、搅拌器温度为270℃时得到的锡铅合金浆料组织具有半固态组织的特征,说明此装置制备半固态浆料具有可行性。在此基础上对实验装置进行了改进,并以6061铝合金为实验对象,对6061半固态的实验过程进行了详细研究,考察了冷却速率、搅拌温度和剪切速率对半固态组织的影响,得出如下结论：1.高的冷却速率有利于细小晶粒的形成。2.在合适的温度范围内,搅拌温度越低,熔体固相率越低,得到的半固态晶粒越细小,最终得出最佳的搅拌温度为610℃。3.较高的剪切速率有利于初生相的球化,但是过高的剪切速率容易在浆料中混入气体和杂质,确定最佳剪切速率为7s-1。为了验证半固态技术对6061铝合金力学性能的影响,本论文对6061铝合金半固态坯料的温挤压过程及结果进行了分析。实验结果表明,经过半固态处理的6061铝合金挤压件的力学性能对比6061铝合金铸态坯料的挤压件有所提高。经过实验证明,单螺旋水平机械搅拌半固态装置能够达到制备优良半固态浆料的要求；该装置与轮式连铸连轧机的结合具有工艺上的可操作性,为今后实现工业化奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 连铸连轧技术及其研究意义
• 1.1.1 连铸连轧技术产生的背景
• 1.1.2 连铸连轧技术存在的意义
• 1.1.3 连铸连轧技术存在的问题
• 1.2 连铸连轧铝合金线材的研究现状
• 1.3 半固态技术及其研究意义
• 1.3.1 半固态成形技术
• 1.3.2 半固态成形技术的适用范围
• 1.3.3 半固态浆料制备技术及现状
• 1.4 半固态铸轧成形技术研究现状
• 1.4.1 半固态倾斜双辊铸轧成形技术
• 1.4.2 半固态垂直双辊铸轧成形技术
• 1.4.3 半固态双辊铸轧成形技术
• 1.5 本课题的目的及内容
• 第二章 实验装置设计及实验过程
• 2.1 水平机械搅拌半固态浆料装置的原理
• 2.2 实验装置部分的设计
• 2.2.1 单螺杆螺旋搅拌杆的设计
• 2.2.2 搅拌桶桶体设计
• 2.2.3 搅拌桶轴承端盖设计
• 2.2.4 螺杆轴强度校核
• 2.3 实验过程
• 2.3.1 技术路线
• 2.3.2 锡铅合金实验
• 2.4 小结
• 第三章 6061铝合金半固态浆料的制备
• 3.1 6061铝合金的特点和用途
• 3.2 6061铝合金线材的生产现状
• 3.3 金属机械搅拌下非枝晶凝固组织与形成机制
• 3.4 6061铝合金半固态制浆实验
• 3.5 6061铝合金的半固态凝固组织及影响因素
• 3.5.1 冷却方式对半固态凝固组织的影响
• 3.5.2 搅拌温度的确定
• 3.5.3 搅拌温度对组织的影响
• 3.5.4 搅拌剪切速率的确定
• 3.5.5 剪切速率对组织的影响
• 3.6 设备材料对半固态组织的影响
• 3.7 小结
• 第四章 6061铝合金半固态坯料挤压力学性能研究
• 4.1 实验方法
• 4.2 挤压对6061半固态坯料力学性能的影响
• 4.2.1 挤压温度对挤压过程中挤压力的影响
• 4.2.2 挤压温度对6061半固态力学性能的影响
• 4.2.3 6061铝合金铸态和半固态挤压性能比较
• 4.3 热处理制度对6061铝合金力学性能的影响
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文的主要结论
• 5.2 对设备进一步改进提出的方案
• 5.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间的学术成果