合金成分与冷却速率对ALCUSI凝固路径的影响.doc
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1、合金成分与冷却速率对ALCUSI凝固路径的影响摘 要大多数的工程结构材料都是多元多相合金,并且大都经历非平衡的枝晶凝固。在这些材料的凝固过程中,由于合金成分及凝固条件的不同,会导致合金的凝固路径(包括相组织组成及含量)产生很大的区别。从而影响合金材料/铸件的机械性能。深刻认识多元合金的凝固过程,可以加深对合金凝固行为的理解,这对于凝固过程的优化、微观组织的控制以及材料性能的提高等也具有重要的意义。本题目选取不同成分的Al-Cu-Si合金在不同的条件下进行凝固实验,研究合金成分及凝固速率对Al-Cu-Si合金凝固路径及组织组成的影响。从而进行分析凝固组织的性能。实际工程应用中的合金绝大多数为多元
2、多相合金,建立描述多元多相合金的微观偏析模型,进而对多元多相体系的凝固行为和组织进行计算预测具有重要的理论和工程价值。相图所提供的热力学参数是微观偏析计算中的必需条件,但对于多元合金体系,往往没有可供参考的相图。本文绘制了Al-Cu-Si合金的合金位置图、二次枝晶间距与冷速关系图、共晶相对含量与冷速的关系图,其有利于分析冷速对组织形貌的影响、冷速对二次枝晶间距的影响、冷速对共晶相对含量的影响、冷速对凝固路径的影响,以及在不同合金成分下对上述各种情况的影响。同时,其样品经过实验之后的铸锭可以通过电镜观看其组织,还可以得到能谱和冷却曲线。在Al-Cu-Si三元体系的富铝角选取了三种成分的合金,分别
3、在三种不同冷却速度下进行凝固实验。根据凝固冷却曲线和凝固组织金相分析,确定了各实验条件下的凝固路径;测量了平均凝固速度和二次枝晶间距,基于这些实验参数,用所编制的程序计算了各实验条件下的凝固路径,与实验结果进行了对比分析。关键词:多元多相合金,凝固速率,合金成分,凝固路径,凝固组织,冷却曲线。Abstract Most of the engineering structure materials are multiple multiphase alloy, and most are experienced imbalance branch crystal solidification .In
4、the coagulation process of these materials ,the alloy component and solidification condition is different, which leads to alloy solidification path (including phase composition and content organization) is difference from each other.Thus influence alloy material/casting mechanical properties. Profou
5、nd understanding of the multielement alloy solidification process, can deepen our understanding of the alloy solidification behavior ,this is very significant to the solidification process of optimization, microstructure and the control of the improvement of the performance of the material . This su
6、bject chooses different components of the Al-Cu-Si alloy in different under the condition of the solidification to reserch the alloy component and solidification rate on the influence of olidification path and organization of the Al-Cu-Si alloys. Thus we can analysis performance of the solidified st
7、ructureThe actual engineering application of alloy most for multiple multiphase alloy, establishes a description of the alloy multiple multiphase micro segregation model, and the system of multiple multiphase solidification behavior and organization is important to theoretical and engineering value.
8、 The phase diagram provided the thermodynamic parameters is microscopic segregation in the calculation of the necessary conditions, but the multiple alloy systems often do not have the phase diagram for reference. This paper of drawing the Al-Cu-Si alloy alloy locations, secondary branch space and t
9、he cold speed crystal relationship chart, eutectic relative content and cold velocity relationship chart, the analysis to the cold speed on the morphology of organization, the influence of cold speed on secondary branch spacing, influence of crystal cold speed on the relative contents of eutectic, c
10、old speed on the influence of solidification path, and the influence of the alloy component in different for all of those under the influence of the situation.In the Al-Cu-Si three ingredient system of aluminum Angle on the rich three components of the alloy, the solidification experiments are under
11、 three different cooling speed . According to the solidification cooling curve and solidification organization metallographic analysis, we can identify various experimental conditions of solidification path; Measuring the average speed and secondary branch solidification crystal spacing, based on th
12、ese experimental parameters, and the experimental results are compared analysis by using the program calculation each experimental conditions of solidification path .目录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 研究的目的和意义11.2 国内外的研究现状和发展趋势2 1.3 1.3.11.4 本文主要研究内容11第2章 实验研究方法122.1 实验步骤122.2 合金的熔配、浇注及温度数据采集122.2.1 合金成分的选择
13、122.2.2 铸型132.2.3 测温装置142.2.4 熔配及浇注152.3 浇注试样凝固组织实验分析162.4 温度采集数据处理172.5 浇注试样热处理182.5.1 各组浇注试样的封装182.5.2 热处理温度的确定192.5.3 试样热处理202.6 热处理试样凝固组织实验分析202.7 本章小结22第3章 实验结果243.1 引言243.2 三元合金相图分类243.2.1 匀晶-共晶-包晶三元合金系统243.2.2 匀晶-匀晶-匀晶三元合金系统263.2.3 匀晶-匀晶-包晶三元合金系统263.2.4 匀晶-匀晶-共晶三元合金系统283.2.5 共晶-共晶-共晶三元合金系统283
14、.2.6 共晶-共晶-包晶三元合金系统303.2.7 共晶-共晶-匀晶三元合金系统303.2.8 包晶-包晶-包晶三元合金系统323.2.9 包晶-包晶-共晶三元合金系统323.2.10 包晶-包晶-匀晶三元合金系统343.3本章小结34第4章 实验结果的分析374.1引言374.2 A组试样凝固组织实验分析384.3 B1组试样凝固组织实验分析414.4 B2组试样凝固组织实验分析414.5 C1组试样凝固组织实验分析454.6 C2组试样凝固组织实验分析484.7 本章小结51结 论53致 谢54参考文献55第1章 绪论1.1本文研究的目的和意义物质在一定的温度和气压下从液相转化成固相,而
15、化学成分不发生改变的现象称为凝固。它是一种常见的物理现象,在日常生活和机械工程技术中极为常见,在合金材料的制备和液态成型中担当着极为重要的角色。凝固做为材料由液态成型为固态的科学和技术,在铸造业中应用较为广泛,而铸造业是机械工业与装备制造业的基石。我国铸件总产量在全世界占主导地位,是个实实在在的铸造大国,但由于铸造技术还较为落后,而并不是铸造强国。当代世界经济挑战与机遇并存,研究能提高铸件性能的方法和措施,已经迫在眉睫。因此,在此处选择了在日常社生活中较为常用的铝合金为例进行探讨这方面的问题。Al-Cu-Si合金是重要的工业合金之一,Al-Cu-Si具有优异的铸造性能,良好的力学性能和物理性能
16、。它是研究和应用最为广泛的铸造铝合金,占铝铸件的很大部分,适用于各种铸造方法。硅作为该类合金的主要合金元素,可提高合金的铸造性能,改善流动性,降低热裂倾向,减少缩松,提高气密性,可获得组织致密的铸件,使合金具有良好的抗蚀性,强度适中。而铜可以使Al-Cu-Si合金具有很高的室温和高温力学性能。铜和硅虽然可以大大改善铝合金的各方面的性能特性,但同时可以降低合金的塑性。Al-Cu-Si合金的机械性能与铜硅的形态,含量以及分布紧密相关,改变共晶铜和共晶硅的形态,减少其对合金的削弱作用,是合金机械性能或得全面提高的有效途径。因此研究合金成分即铜硅在铝合金的含量尤为重要,对改善合金的机械性能起着不可替代
17、的作用。因此,我们可以通过控制合金成分对合金实行凝固试验,研究合金成分对Al-Cu-Si合金凝固路径的影响。与此同时,影响合金的铸造的性能的另外一个因素是冷却速率。冷却速率是决定铸造合金凝固组织的关键因素特别是对于多元多项合金,冷却速率不仅决定着凝固组织形态,而且对相的析出次序、种类以及数量具有极其重要的影响,在实际铸造生产中,铸型的形状和铸造方法影响着逐渐的冷却速率。有利于解释同一成分合金在不同铸件结构和冷却条件下的微观组织及性能影响。所以,正确的理解冷却速率对合金凝固组织和析出相的影响,能够使我们有选择性地进行控制,从而达到控制铸件力学性能的目的。我们可以通过控制冷却速率对合金实行凝固试验
18、,研究冷却速率对Al-Cu-Si合金凝固路径的影响。铸造铝合金具有密度小、比强度高等优点,并有良好的抗蚀性和铸造工艺性,可进行各种成型铸造。由于铝合金的熔点较低,熔炼工艺和设备都比较简单,因此铝合金铸件在航空、一般机械制造及仪表等工业部门均得到相当广泛的应用,如高级轿车的轮毂,汽车车身铝合金板等。随着现代工业及铸造新技术的发展,对铸造铝合金需求量越来越大。例如,80年代末到90年代初,在铸件总量停滞甚至下降的时候,日本的铝铸件产量一直保持着年递增10%左右的高增长率。又以汽车工业为例,由于要降低能耗,汽车需减重,各国广泛地采用铝等有色铸件代替钢铁铸件。到2001年,小汽车总重降低为800 kg
19、,其中钢铁零部件为200 kg,铝合金零部件为275 kg,镁合金将增为40 kg。铝合金的广泛应用和广阔的前景,使得近来年对于铝合金的研究一直没有间断,也取得了很大的发展。但是,随着现代工业的飞速发展,人们对铸件的可靠性等要求越来越高,同时对合金综合性能和特种性能的要求也不断提高,开发研制新合金以满足各种需要即成为必须。因此对多元铝合金的研究具有重要的理论和工程价值,而铝合金铸造以及铝合金的结晶行为和凝固组织的预测则显得更为重要。凝固过程研究的主要任务是揭示液固相变过程中相的选择、组织形态的形成、溶质再分配及各种凝固缺陷的形成与控制原理。在过去的数十年中,针对二元合金凝固理论的研究取得了很大
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- 关 键 词:
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