锌铝合金凝固过程数值模拟及试验研究

论文摘要

锌铝合金作为一种铜的替代材料,在近年来受到越来越多的关注和研究,但高铝锌合金固液相区间温度高,在铸造过程中易出现组织缩孔缩松现象,特别在大尺寸的铸件中,限制了其在工程领域的使用。本文以含A1量9%的锌铝合金为研究对象,对大直径(114mm)的圆柱形合金锭的铸造过程进行研究。1.建立了普通金属型铸造试验条件下的大直径锌铝合金的几何及物理模型,利用Procast软件对锌铝合金锭的凝固传热过程进行模拟,得到铸锭凝固过程的温度场分布,并对凝固过程的缩松情况进行分析预测,得到了铸锭的缩松及收缩体积分数分布,模拟结果与试验吻合。2.在数值分析的基础上,利用正交试验分析法研究浇铸温度、不同铸型预热温度、不同表面换热系数等工艺参数对铸锭的缩松情况的影响。3.为了获取质量优良的锌铝合金锭,本文讨论了在金属凝固过程中机械振动和压力对金属凝固的影响,.并将压力和振动两种工艺引入锌铝合金锭的浇铸过程中,自制了能承受压力和振动的铸型。分别在振动、压力以及振动与压力的组合条件下制得锌铝合金锭。4.为了研究振动及压力对锌铝合金的质量影响,对所制得合金锭进行取样分析,通过与普通金属型铸锭试样进行对比我们发现振动和压力均能使锌铝合金的组织细化,力学性能得到提高；随着压力的增大,抗拉强度也程上升趋势；振动和压力的组合能使合金的性能得到进一步的提升,当压力达到1.0Mpa时,锌铝合金的平均抗拉强度从常态的175.63Mpa上升到232.3Mpa,但是压力的增加,对振动有一定的抑制作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 铸造锌铝合金加工工艺简介
• 1.3 压力及振动对铸造的影响
• 1.3.1 压力下金属结晶方法介绍
• 1.3.2 振动下金属结晶方法介绍
• 1.4 数值模拟技术在铸造领域的应用现状
• 1.5 锌铝合金系存在的主要问题
• 1.6 本课题的研究内容和方法
• 第2章 铸造锌铝合金凝固过程数值模拟
• 2.1 基本理论与方程
• 2.1.1 传热基本理论
• 2.1.2 结晶潜热的处理
• 2.1.3 缩孔缩松产生及机理分析
• 2.1.4 缩孔缩松预测模拟
• 2.2 Procast软件介绍
• 2.3 铸造锌铝合金凝固过程模拟
• 2.3.1 几何模型建立及网格划分
• 2.3.2 初始及边界条件
• 2.3.3 材料及物性参数
• 2.3.4 锌铝合金凝固温度场模拟
• 2.3.5 锌铝合金凝固缩松情况模拟
• 2.3.6 试验验证
• 2.4 正交模拟试验
• 2.4.1 正交模拟试验设计
• 2.4.2 结果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 锌铝合金压力及振动下凝固试验及设备
• 3.1 试验流程
• 3.2 振动及压力装置
• 3.3 合金熔炼
• 3.4 压力及振动下的铸造试验
• 3.5 组织及性能检测
• 3.6 本章小节
• 第4章 压力及振动对锌铝合金影响
• 4.1 振动对锌铝合金的影响
• 4.1.1 振动对宏观及缩松影响
• 4.1.2 振动对凝固微观组织的影响结果及分析
• 4.1.3 振动对锌铝合金力学性能的影响
• 4.2 压力对锌铝合金的影响分析
• 4.2.1 压力对宏观及缩松影响
• 4.2.2 压力对微观组织及性能影响
• 4.3 振动与压力组合对锌合金的影响分析
• 4.3.1 振动与压力组合对微观组织影响
• 4.3.2 振动与压力组合对锌铝合金力学性能影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 本文主要创新点
• 5.3 下一步工作方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果