锆和电磁场对高强铝合金组织与性能的影响

发布时间：2020-04-06 22:19

【摘要】： 2E12铝合金作为Al-Cu-Mg系高强耐热铝合金,在航空领域是飞机蒙皮的主要结构用材,是在2A12(2024)合金的基础上,通过降低Fe、Si等杂质元素含量得到的高纯度、高性能的新型铝合金。本文选择Zr作为2E12铝合金的微合金化元素,采用不同连铸技术(普通连铸、电磁连铸、电磁铸造)制备了2E12+XZr铝合金连铸坯,对连铸坯压力成形(自由锻、挤压),再对成形件进行T4(固溶温度495℃,固溶时间60min,自然时效96h)、T6(固溶温度495℃,固溶时间60min,人工时效10h)热处理,研究了Zr元素、电磁场对2E12铝合金显微组织及力学性能的影响。对实验过程中获得的不同状态的2E12+XZr铝合金采用金相、扫描电镜、硬度测量、拉伸实验、疲劳裂纹扩展等技术手段测试分析。 Zr元素的添加可明显细化2E12铝合金电磁连铸坯显微组织,并促使铸态晶粒等轴化;2E12+XZr铝合金经自由锻及T4、T6热处理后,合金热处理态的强度随着Zr元素含量的增加而增加,但延伸率变化不明显。其作用机理主要为Al_3Zr造成的细晶强化、弥散强化和形变强化作用;微量Zr对变形态合金的自然时效过程影响不大,但能够延缓人工时效过程中过时效的来临;电导率测试表明Zr降低了T6态2E12铝合金的抗应力腐蚀性能;此外,添加0.3%的Zr可以改善T4态2E12铝合金的疲劳性能。对2E12+0.14Zr合金电磁连铸坯进行挤压及T4热处理,研究了固溶时间对合金组织性能的影响。结果表明,随着固溶时间的增加,合金中的残余相逐渐减少,强度逐渐升高;固溶时间过长,虽合金强度继续提高,但塑性开始下降。固溶时间为60min时,合金具有最佳的力学性能,抗拉强度、延伸率分别达到538MPa、23.3%。研究了电磁铸造对2E12+0.14Zr铝合金显微组织和力学性能的影响。与普通连铸相比,电磁铸造2E12+0.14Zr铝合金内部组织更均匀、细小,晶粒尺寸从58μm减小到36μm,抗拉强度、屈服强度、延伸率分别提高9.3%、4.1%和61.2%;经自由锻和热处理后,电磁铸造合金T4态的抗拉强度、屈服强度、率分别提高4.0%、8.9%和7.7%,同时疲劳性能也得到了改善;T6态的抗拉性能改善不明显,仅有10MPa左右的小幅提高。
【图文】：

材料,电磁,连续铸造,电磁搅拌

人连理工大学硕十学位论文图1.1所示的电磁工艺树更形象地描述了材料的电磁工艺体系卿}。材料学、电磁学、流体力学等是树的“根”，形状控制、金属流体驱动控制，热、质传输，凝固组织控制、高能束输出等则是这棵树的“干”，近年来，这棵大树生长得“枝繁叶茂”，并且“硕果累累”，包括感应加热、电磁搅拌、冷柑祸悬浮熔炼、电磁泵、电磁阀、电磁雾化、电磁流变铸造以及电磁复合铸造等。 F193.2电磁连续铸造技术图1.1材料电磁「艺树 TreeofElectromagnetieteehnologyofmaterial1.3.2.1电磁连续铸造技术的发展为了提高连铸坯的表面质量，生产出连铸连轧所需要的无表面缺陷的高温连铸坯，vives囚一32!提出了一种电磁铸造新工艺，即在结晶器外设置电磁感应线圈，线圈中通入低频电磁场，，通过电磁力的作用减小金属熔体与结晶器的接触线高度，改变铸锭冷却过程的热流量分布及熔体内部的温度场和流速场，有效地起到了细化晶粒和改善铸锭表面质量的作用。但低频电磁场的电磁搅拌强度太大时会在熔融金属液面形成漩涡

示意图,电磁连铸,铝合金,实验装置

2.1电磁连铸实验装置与原理 2.1.1电磁连铸实验装置图2.1是铝合金电磁连铸实验系统装置示意图。主要由电磁成型系统、熔化与浇注系统、冷却系统、拉坯控制系统、气氛保护系统及电源组成。流槽2结晶器3感应器4冷却水5铸锭6底模7铸机图2.1铝合金电磁连铸实验装置示意图 F19.2.1Sehematicdiagramofsoft一contactelectromagnetieeontinuouscastingequiPmentof aluminumalloys熔化设备为碳硅棒加热炉，最大熔铝量为35kg，功率为35kw，浇注系统由流槽和浇注控制装置组成。控制流槽出口的铝液流量，调整浇注量，使对于不同铸造速度时的液柱顶面位置稳定在固定高度。电源系统选用KGPS一60型中高频电源，它可将380V工频交流电经过整流、逆变、滤波和放大，转换成中高频交流电供实验使用，输出频率分别为I000Hz、25OOHz、50OOHz、10000Hz的交变电流。电源最大供电功率为60kw。本实验中采用2500Hz交变电流，功率一般为IOkW。图2.2是电磁成型系统的结构简图。电磁成型系统由中频淬火变压器、电磁感应器、结晶器和底模等组成。中频淬火变压器可将电源输出的高电压低电流转换为低电压高电流
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG146.21

【参考文献】