亚共晶铝硅合金半固态初生相形貌分形特征及演变的研究

论文摘要

半固态成形技术具有非常广阔的发展前景。半固态浆料制备的好坏对铸件的成形过程以及对铸件的质量都有很大的影响,这使得研究半固态浆料的组织特征有着重要的意义。为此,提出本课题研究的两个目的:研究亚共晶铝硅合金半固态非枝晶组织演变规律及其制备工艺的关系,为通过制备工艺改善浆料质量提供依据;研究亚共晶铝硅合金半固态初生相形貌的分形特征及其计算方法,为提出亚共晶铝硅合金制备工艺的新理论、新观点和新方法做基础。通过对保温温度、保温时间、浇注温度的考察,研究亚共晶铝硅合金半固态非枝晶组织演变规律。在615—595℃不同温度下对A356合金液保温1min和在600℃保温1—10min处理,结果表明,在不同的保温温度下,随着保温温度的降低,排列成枝晶的大块状组织向蔷薇状的块状和颗粒状组织演变;在相同的保温温度不同的保温时间下,随着保温温度的延长,其初生α-Al的圆形度逐渐变好,但颗粒的大小有先减小后长大的趋势,600℃保温5min的效果最好;保温的过程由于原子扩散及能量起伏等原因,合金会发生成分均匀化,消除或大大减小组织过冷,有利于形成球状和颗粒状组织。在材料研究中,金相的不规则程度可用分形维数来描述,常规的方法通过人工测量进行,误差较大且工作量大。而本文着重探讨了图像计盒维数的算法,采用Matlab比较方便地对图像的计盒维数进行了计算,用初生相的分形维数来描述其形貌的变化。结果表明,不同不规则程度的初生相有不同的分形维数。分形维数越大的组织,其组织越复杂,边界越粗糙;而分形维数越小,其圆形度越好,边界越平滑。随着保温温度的降低,A356初生相分形维数逐渐减小。在一定时间内随着保温时间的延长,其初生相的形貌的分形维数逐渐减小。在相同的保温温度和相同的保温时间下,浇注温度接近于液相线温度时,初生相分形维数较小,其形貌也较好。本文的特色之处在于:借助于分形理论,来研究金属的金相组织,提出了网格覆盖法的思路,并基于Matlab语言,编写程序,计算了半固态初生相的分形维数。并研究了A356初生相分形特征与制备工艺参数的关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪言
• 1.1 选题的背景、目的及意义
• 1.2 半固态成形技术研究现状
• 1.2.1 半固态成形技术的基本内容
• 1.2.2 半固态成形技术的优点
• 1.2.3 半固态初生相非枝晶组织的研究方法
• 1.2.4 铝硅合金半固态初生相形貌及演化规律的研究概况
• 1.2.5 铝硅合金半固态初生相非枝晶形成机理
• 1.3 分形理论在金属材料学中的研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 实验材料及方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.3 组织检测
• 2.4 定量分析
• 2.5 实验设备
• 第三章 亚共晶铝硅合金半固态初生相微观组织演变
• 3.1 保温温度对A356 初生相形貌的影响
• 3.2 保温时间对A356 初生相形貌的影响
• 3.3 浇注温度对A356 初生相形貌的影响
• 3.4 保温温度和保温时间共同对A356 初生相形貌的影响
• 3.5 在较长时间的保温下对A356 铝合金的初生相形貌的研究
• 3.6 亚共晶铝硅合金半固态初生相微观组织演变的机理探讨
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于MATLAB 的金相图显微图像处理
• 4.1 MATLAB 的简介
• 4.2 MATLAB 图像处理的常用功能
• 4.3 MATLAB 处理图像的基本思路
• 4.4 MATLAB 处理金相的过程
• 4.5 小结
• 第五章 基于MATLAB 图像分形维数计算程序的设计
• 5.1 分形维数
• 5.2 图像计盒维数计算的的理论基础
• 5.3 图像计盒维数的计算方法
• 5.4 图像计盒维数的计算程序的验证与讨论
• 5.5 小结
• 第六章 铝硅合金半固态初生相的分形维数的计算及形貌分析
• 6.1 A356 铝合金的初生相形貌随保温温度改变的分形特征
• 6.2 A356 铝合金的初生相形貌随保温时间的改变而演化的分形特征
• 6.3 不同浇注温度初生相分形特征的变化
• 6.4 不同保温温度和不同保温时间下初生相分形特征的变化
• 6.5 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果