熔体搅拌对ZL205A合金Cu元素分布及组织性能影响研究

发布时间：2020-03-19 03:35

【摘要】：本文采用实验研究与数值模拟相结合的方法,研究熔体机械搅拌处理工艺对ZL205A合金熔体不同高度处Cu元素分布的影响,通过改变搅拌转速以及搅拌时间等参数,研究其对Cu元素均匀化的影响。研究发现随搅拌叶片尺寸增大,ZL205A合金熔体中Cu元素分布的均匀化效果逐渐增强;随着搅拌叶片距离合金熔体底部距离的增加,ZL205A合金熔体中Cu元素分布的均匀化效果先增强后减弱,当搅拌叶片处于ZL205A合金熔体中部时,搅拌的均匀化效果最好。通过实验研究,在熔体中定点取样并采用XRF分析其Cu元素含量,发现当转速低于400rad/min时,随着搅拌转速的增加,ZL205A合金熔体中Cu元素分布的均匀性增强;当转速高于400rad/min时,ZL205A合金熔体中Cu元素分布的均匀性下降;随着搅拌时间的增加,ZL205A合金熔体中Cu元素分布的均匀性呈现出先增强后不变趋势,当搅拌时间为30min时,其均匀性最好。经过400rad/min×30min熔体机械搅拌处理后,ZL205A合金铸件组织中各相分布均匀,未出现第二相和细化相聚集的现象,晶粒组织得到细化,平均晶粒尺寸为34μm。对其进行热处理,工艺为535℃×15h固溶处理及180℃×6h时效处理。经过T6热处理后的ZL205A合金铸件性能显著提升,其中抗拉强度达到510MPa,延伸率达到9%,维氏硬度达到157.3,拉伸试样断口呈现出明显的韧窝断裂。通过理论分析,对ZL205A合金熔体中Cu沉降过程构建了阻力沉降模型,并且用直接检测的方式计算了ZL205A合金熔体中Cu沉降规律,发现其沉降最初阶段处于严重湍流阶段,熔体中各区域Cu含量严重突变;合金熔体顶部和底部Cu含量突变最严重,合金熔体中部Cu含量较稳定,并且判定其浇注窗口期应为机械搅拌处理结束后10~20min。
【图文】：

形貌,合金铸件,偏析,线性

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第 1 章绪论1 课题研究背景及目的意义作为高强度铸造 Al-Cu 合金[1]之一，ZL205A 由于其在室温和高温下的性能[2-6]已被广泛应用于汽车和军工领域，这种优质材料是在制造和设选择铝铸件时的首选[7,8]。然而，ZL205A 合金的铸造能力差，壁厚敏感度制了其开发和应用。大结晶范围(633-544℃)和糊状凝固模式在生产中引铸造缺陷，如缩松缩孔，偏析和热裂[7]。在这些缺陷中，宏观偏析出现频尺寸 ZL205A 合金铸件中最有害的缺陷。宏观偏析与微观偏析形貌如图。在生产的大型 ZL205A 合金铸件中，存在四种类型的偏析，即线性偏析偏析[9]，带状偏析[7]和区域偏析。a) b)

分布情况,线扫描分析,电流,合金铸件

ZL205A 作为一种上世纪 60 年代左右由北京航空材料研究所研制出来强度铝合金，其牌号为 ZAlCu5MnCdVA。目前国内外对其研究状况主铸造工艺、热处理工艺、组织分析、性能测试等方面，，对于合金熔体元Cu 沉降速率方面的研究几乎为零。在搅拌工艺方面，行业普遍共识为充分搅拌有利于净化合金、降低杂质减少缩松缩孔等组织缺陷，提高金属液充型能力，降低偏析的形成，改陷[14]。范理等人[15]研究了 Al 合金熔体的搅拌速度对铸件组织性能的对于具体的搅拌工艺如搅拌装置、搅拌速度、搅拌时间的选取并没有明标准，只是凭借经验去摸索。目前主流的搅拌方法有机械搅拌、电磁搅拌。伊洪勇等人[16]对行波磁场5A 合金铸件的组织、性能进行了研究，发现当磁场感应电流为 20A 时素分布较均匀，如图 1-2 所示。但研究方向集中于对合金组织、性能的有关注熔体中元素的分布情况；孙松、陈伟、孔令光等人[17]研究了机械L205A 合金铸件缺陷的影响，但研究重点在组织性能方面，并没有涉及中元素的分布状况。a) b)
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21

【参考文献】