高能超声处理对晶粒细化的组织和研究.ppt

《高能超声处理对晶粒细化的组织和研究.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高能超声处理对晶粒细化的组织和研究.ppt（29页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、高能超声处理Al-17%Si-xFe合金组织的研究,姓名：梅秋平学部：机械与电气工程学部专业：材料成型及控制工程指导老师：毛有武,目录,1,3,4,5,2,目录,1、绪论2、铝及铝合金的介绍3、实验材料与方案4、实验结果讨论5、全文总结与展望,1、绪论,1,3,4,5,2,Part 1,1.1 选题目的与意义1.2 铝硅合金的应用现状1.3 半固态成形技术,1、绪论,1.1 选题的目的与意义 随着科学技术的飞速发展，现代汽车制造材料的构成，发生了较大的变化，高密度材料的比例下降，低密度材料有较大幅度的增加，有色轻金属的应用范围在不断扩大，特别是高强度、低密度、耐磨性和耐蚀性好的材料越来越受到各

2、行各业的青睐。经过超声波处理的铝硅合金具有抗拉强度高、线膨胀系数小、耐磨性和抗蚀性好、铸造和切削性能优良等特点，它是汽车、摩托车发动机活塞的理想材料。因此，研究超声波处理对铝硅合金的显微组织及其力学性能的影响具有极其重要的理论意义和实际价值。,1、绪论,1.2铝硅合金的应用现状 可能我们常见的铝合金都是应用在建筑门窗、幕墙、阳台护栏、指指示牌等地方，其实铝硅合金的应用早已远远超过日常的生活领域。如今，在制造形状复杂、比强度、比刚度要求高的零部件时，均广泛采用铝合金，如汽车发动机缸体、运载火箭、各种航天器等主要结构材料多采用铝合金。铝硅合金不仅能在汽车、航天工业中得到广泛的应用，在电话、电缆中也

3、有很广泛的应用。,1.2铝硅合金的应用现状 可能我们常见的铝合金都是应用在建筑门窗、幕墙、阳台护栏、指指示牌等地方，其实铝硅合金的应用早已远远超过日常的生活领域。如今，在制造形状复杂、比强度、比刚度要求高的零部件时，均广泛采用铝合金，如汽车发动机缸体、运载火箭、各种航天器等主要结构材料多采用铝合金。铝硅合金不仅能在汽车、航天工业中得到广泛的应用，在电话、电缆中也有很广泛的应用。,1、绪论,1.3半固态成形技术 半固态成形就是在金属的凝固过程中采用某些特殊工艺，充分破碎枝状的初生固相，得到一种液态金属母相中均匀的悬浮着一定数量球状、椭球状或蔷薇状初生固相的固液混合浆料，其仍具有一定的流动性，具有

4、这种特殊结构的部分凝固金属就称为半固态金属。而采用这种既非完全液态，又非完全固态的半固态金属加工成形的方法就称为半固态金属加工技术。常用的半固态金属坯料的成形方法：机械搅拌法、电磁搅拌法、超声波振动法,2、铝及铝合金的介绍,1,3,4,5,2,part 2,2.1 各类铸造铝合金的特点2.2 Al-Si系铸造铝合金2.3 细化铝合金晶粒的方法及原理2.4 Fe对铝硅合金的影响及细化措施,2、铝及铝合金的介绍,2.1 铸造铝合金的分类及其特点 Al-Si类合金（含Si量5%）：具有优良的铸造 性能；Al-Cu类合金（含Cu量4%）：具有较高的室温和高温力学性能；Al-Mg类合金（含Mg量5%）：

5、具有非常优异的抗蚀性能，力学性能高，密度最小；Al-Zn类合金：最大优点是不需要热处理就能使合金强化；Al-RE（混合稀土）类合金：高温强度高，热稳定性好。,2、铝及铝合金的介绍,2.2Al-Si系铸造铝合金,二元Al-Si合金（ZL102）又称硅铝明，含硅量为11%13%，就其组织而言，属于过共晶合金，共晶温度577。,共晶铝硅合金的组织特点：,Al-Si二元系仅形成相相，通常把共晶中的相称为共晶硅，在铸态下，共晶硅呈粗大的针状，因此合金强度和塑性都很低。共晶,和过共晶合金组织中的初晶相称为初晶硅。在铸态下初晶硅呈粗大的多角形块状和板状。,2、铝及铝合金的介绍,2.3细化铝合金晶粒的方法,细

6、化晶粒的方法主要有物理和化学两类，物理方法主要包括：,（1）形变处理细化法,（2）物理场细化,（脉冲电流处理；磁场处理；超声波处理）,（3）快速冷却法,（4）机械物理细化法,化学细化方法：,（1）添加细化剂；,（2）添加变质剂细化,2、铝及铝硅合金的介绍,2.4Fe对铝硅合金的影响,-Fe相,铝硅合金中的铁通常以金属间化合物的形式存在,常见的有相和 相两种,前者的微观组织表现为汉字状,对合金的有害作用并不明显；后者为针状(立体为片状)，对合金的力学性能有害作用比较大。,3、实验材料与方案,1,3,4,5,2,Part 3,3.1 材料的合金成分3.2 合金材料的制备工艺3.3 超声波振动试验,

7、3、实验材料与方案,3.1材料的合金成分 在本实验过程中所用到的合金材料有两种，一种是Al-17Si-5Fe，另一种就是Al-17Si-8Fe。3.2 合金材料的制备工艺合金材料的制备工艺大致包括以下几个步骤：装料 熔化 合金化 扒渣 精炼除气,3、实验材料与方案,3.3 超声波振动试验 3.3.1 实验原理超声波的空化作用与声流作用 空化作用：存在于液体中的微气核空化泡在声波的作用下振动，当声压达到一定值时发生生长和崩溃，可以破碎合金熔体中的枝状晶粒。声流作用：高能超声在熔体中传播时，有限振幅衰减使液体内从声源处开始形成一定的声压梯度，导致液体流动，当声压幅值超过一定的数值时，液体内部可产生

8、一个流体的喷射，此喷射流从超声变幅杆端面离开，在整个流体内部形成环流，即称为声流。在声流的作用下，也能把结晶长大的枝状晶粒打碎，抑制晶粒的长大，从而使得晶粒细化，晶体得到均匀弥散。,3、实验材料与方案,3.3.2 超声波振动实验仪器 超声波振动部件主要包括大功率超声波换能器、变幅杆、工具头（发射头）。换能器将输入的电能转换成机械能，即超声波，变幅杆将超声波能量振动传递给工具头，再由工具头将超声波能量发射到金属熔体中。,3、实验材料与方案,3.3.3 超声波振动实验过程 制备铝合金浆料 待温度降低至700时，开始进行超声波振动，直至温度 降低至682时停止振动，振动时间为66s。用石英玻璃管吸取

9、少量试样水淬，制备试样。再将超声波振动时间分别设为96s和102s，重复上述实验，并将最终得到的试样标记放好。为了研究在不同过热度条件下，超声波振动细化的不同效果，在不同的温度期间完成超声波振动实验，一组的起振温度为730，停振温度为710；另一组的起振温度为719，停振温度为700，按照上述实验过程获得试样，并标记放好。,4、实验结果讨论,1,3,4,5,2,Part 4,4.1 Fe的不同含量对合金的显微组织的影响4.2 超声波处理对Fe-相形态的影响 4.3不同振动时间对合金组织Fe相形态的影响 4.4不同振动温度区间对铝硅合金Fe相显微组织的影响,4、实验结果讨论,4.1 Fe的不同含

10、量对合金的显微组织的影响,Fe相,左图为没有经过超声波振动处理的Al-17%Si-5Fe合金；右图为没有经过超声波振动处理的Al-17%Si-8Fe合金。,Al-17%Si-5Fe中Fe相呈大块状，有少部分呈针状；Al-17%Si-8Fe中Fe相均以针状铁相的形式存在,既硬又脆,呈粗大针状割裂基体,大大影响铝合金的力学性能。结论：要想获得性能良好的铝硅铁合金，就要适当降低合金中的Fe的含量，或对合金进行处理，改变其中铁相的形状，如对合金进行变质处理、加高能超声波处理、加电磁场来改变铁相的形成过程。,4、实验结果讨论,4.2 超声波处理对Fe-相形态的影响,左图为没有经过高能超声波振动处理的Al

11、-17%Si-8Fe的显微组织；右图为经过高能超声波振动处理后的Al-17%Si-8Fe的显微组织,4、实验结果讨论,没有经过超声波处理的过共晶铝硅合金中，Fe相呈粗大针状存在于合金基体中，严重的降低了合金的综合力学性能，这样的合金不能广泛的应用于实际生活中。经过高能超声波振动处理的合金中，其Fe相成长为比较规则的棒状或块状的等轴晶。结论：超声波振动能够有效地细化铝硅合金中的针状富铁相组织，从而提高铝硅合金的耐磨性能、耐蚀性能、力学性能以及切削性能。,4、实验结果讨论,4、实验结果讨论,从上图可以看出，没有经过高能超声波处理的合金中的Fe相呈针状，严重的割裂了基体，使得合金性能下降。而经过高能

12、超声波振动处理的，Fe相呈短棒状或块状；当振动时间为66s时，所得到的Fe相还只是比较粗大的棒状或大块的块状，形状并不均一，最终便会导致合金的受力不均匀，从而缩短了合金的使用寿命。但随着振动时间增加，合金中各晶粒分布也越来越均匀，形状也越来越接近于等轴晶，合金中的棒状Fe相也逐渐变为块状，最终，Fe相呈细小块状分布于合金基体中，这样的合金，其综合力学性能最优。若高能超声处理振动时间进一步增加，块状Fe相又会富集，使得晶粒又变得粗大，性能也逐渐下降。,4、实验结果讨论,左图是振动温度区间为730-710的合金的显微组织；右图是振动温度区间为719-700的合金的显微组织。,4、实验结果讨论,振动

13、温度为730时，过热度比较大，所得到的Fe相为粗大的棒状，还有部分为针状；而振动温度为719时，所得到的Fe相形状均匀，呈块状，并且Fe相晶粒得到了明显的细化。结论：随着超声波导入时的熔体的过热度的增加，铝硅合金中的富铁相的显微组织呈现粗化现象，只有当超声波处理的温度范围在合金的液相线附近时，才能得到最佳的细化效果。,5、全文总结与展望,1,3,4,5,2,Part 5,5.1 总结5.2 展望,5、全文总结与展望,5.1 总结 本文章主要研究了高能超声处理对Al-17%Si-xFe合金的显微组织的影响，并分析其产生的原因，最终得到如下结论：铝硅合金中的针状铁相的长度随合金中的含铁量的增加而增

14、长；高能超声处理对过共晶铝硅合金组织中的富Fe相有细化作用；随着高能超声处理时间的延长，合金组织晶粒越细；合金中Fe相的细化率随着超声波开始导入时的熔体过热度的增加而下降。,5、全文总结与展望,5.2 展望 目前对于铝铁合金的研究已经取得了很大进展，使得铝铁合金在某些方面已经充分发挥其有利作用，并在生产中已得到应用。但是，采用的高能超声波振动方法，其制备工艺复杂、设备昂贵、制品尺寸有限，在工业应用上受到一定限制。因此，仍有必要深人研究工业上细化过共晶铝硅合金中的富铁相，提高其综合性能的简单易行方法，使之在普通熔铸条件下实现规模化生产，从而真正成为一种具有优良性能的工业实用材料。,致谢,在最后我要衷心地感谢毛老师和钟鼓博士，毛老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀；感谢钟博士在我的论文完成过程中给与的指导与帮助，让我能够顺利地完成论文。在此谨向毛老师和钟鼓博士致以诚挚的谢意。谢谢大家。The end,