A356铝合金半固态流变成形中的凝固行为及组织控制
发布时间：2022-08-08 17:38
本文以铝合金半固态加工过程中的凝固组织控制为目标,以自主研发的自孕育工艺对A356铝合金铸造组织的细化为切入点,探讨自孕育法各参数在铝合金晶粒细化中的本质作用及细化机理。结合半固态流变成形快速制备A356铝合金半固态浆料,研究浆料组织的球化机理及水淬过程中剩余液相的凝固行为。而后将制浆与成形相结合,深入分析浆料不同属性对A356铝合金流变压铸组织、凝固行为及力学性能的影响。并通过控制不同冷却条件,探究A356铝合金半固态浆料在非平衡凝固及近平衡凝固条件下的凝固行为。研究结果系统的揭示了A356铝合金半固态浆料的二次凝固过程,为工业实践采用半固态成形技术获得良好组织和精密零件提供理论和实验依据。对优化半固态成形工艺设计、提高金属半固态成形件力学性能具有一定的指导意义。主要结论如下:将自孕育剂加入熔体后浇注,或将熔体流经导流器后浇注均能有效的细化A356铝合金凝固组织。而将二者相结合的自孕育工艺对组织的细化效果更显著,不仅能够获得细小的球状或近球状的初生α-Al组织,而且对共晶组织也有一定的细化效果,使共晶组织由层片状转变为块状。这种细小的非枝晶组织有利于晶间液相的流动,因此获得的组织更加...
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 金属半固态成形概述
1.1.1 金属半固态成形的概念
1.1.2 半固态成形的优点及初生相球化机制
1.2 半固态成形的主流研究方向
1.3 半固态成形的应用
1.4 半固态流变成形研究进展
1.5 半固态加工过程中的二次凝固及其研究现状
1.6 本课题研究意义及研究内容
1.6.1 课题研究意义
1.6.2 课题研究内容
第2章 A356铝合金自孕育凝固过程及组织细化机理
2.1 实验材料及方法
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验方法
2.1.2.1 实验前期准备
2.1.2.2 组织细化实验
2.1.2.3 熔体处理温度对自孕育铸造组织的影响实验
2.1.2.4 自孕育剂加入量对自孕育铸造组织的影响实验
2.1.2.5 导流器角度对自孕育铸造组织的影响实验
2.1.2.6 试样制备与组织观察
2.2 实验结果
2.2.1 自孕育法对A356铝合金凝固组织的细化
2.2.2 熔体处理温度对A356铝合金自孕育金属型浇注组织的影响
2.2.3 自孕育剂加入量对A356铝合金自孕育金属型铸造组织的影响
2.2.4 导流器角度对A356铝合金自孕育金属型铸造组织的影响
2.2.5 传统金属型浇注与自孕育金属型浇注共晶硅对比
2.3 传统金属型浇注条件下树枝晶组织的形成
2.4 自孕育铸造条件下A356铝合金非枝晶组织的形成
2.4.1 细化晶粒的途径
2.4.2 自孕育剂的作用
2.4.3 导流器的作用
2.4.4 自孕育铸造对组织的细化
2.5 自孕育工艺参数的交互本质及参数优化
2.6 本章小结
第3章 A356铝合金自孕育半固态浆料的球化演变及水淬二次凝固组织
3.1 实验方法
3.1.1 保温工艺的设定
3.1.2 保温过程初生固相组织演变实验
3.1.3 不同保温参数对浆料水淬二次凝固组织的影响实验
3.1.4 连续冷却过程中初生固相组织演变实验
3.1.4.1 A356铝合金半固态浆料的连续冷却实验
3.1.4.2 液态A356铝合金降温至近液相线的连续冷却实验
3.2 实验可行性分析
3.3 不同熔体处理温度下的浆料制备及组织分析
3.3.1 不同熔体处理温度对A356铝合金半固态浆料水淬组织的影响
3.3.2 自孕育条件下熔体处理温度对合金浆料组织的影响机理探讨
3.4 等温保温过程中初生晶粒的组织演变及形成机制
3.4.1 等温保温过程中A356铝合金半固态浆料初生α-Al晶粒的组织演变
3.4.2 保温过程中初生α-Al晶粒的熟化机制
3.5 不同保温条件下的浆料水淬二次凝固组织
3.5.1 保温时间对浆料二次α-Al晶粒形貌的影响
3.5.2 保温温度对水淬二次α-Al晶粒及共晶Si形貌的影响
3.6 连续冷却过程中初生晶粒的组织演变
3.6.1 A356铝合金半固态浆料在连续冷却过程中的组织
3.6.2 液态A356铝合金在近液相线时的连续冷却组织
3.7 本章小结
第4章 A356铝合金自孕育流变压铸组织及力学性能
4.1 实验方法
4.1.1 自孕育流变压铸工艺
4.1.2 压铸参数设置
4.1.3 流变压铸件取样及组织观察
4.1.4 力学性能测试
4.2 A356铝合金自孕育流变压铸组织
4.2.1 液态压铸与半固态压铸组织对比
4.2.2 保温时间对A356铝合金流变压铸组织的影响
4.2.2.1 A356铝合金半固态浆料在590℃保温不同时间的流变压铸组织
4.2.2.2 A356铝合金半固态浆料在600℃保温不同时间的流变压铸组织
4.2.2.3 A356铝合金半固态浆料在610℃保温不同时间的流变压铸组织
4.2.3 保温温度对A356铝合金自孕育流变压铸组织的影响
4.2.3.1 不同保温温度下A356铝合金流变压铸件的固相体积分数
4.2.3.2 保温温度对A356铝合金流变压铸组织初生α-Al晶粒尺寸及形貌的影响
4.2.3.3 保温温度对A356铝合金流变压铸组织二次α-Al晶粒尺寸及形貌的影响
4.2.3.4 保温温度(浇注温度)对A356铝合金流变压铸组织共晶硅形貌的影响
4.3 A356铝合金自孕育流变压铸二次凝固过程及组织形成机理
4.3.1 二次α-Al晶粒的形核及长大
4.3.2 压铸组织中的元素分布
4.3.3 共晶硅相的形貌
4.3.4 自孕育流变压铸件不同部位的组织
4.3.4.1 压铸件不同部位的初生α-Al晶粒组织
4.3.4.2 压铸件不同位置的二次α-Al晶粒组织
4.3.4.3 铸件不同部位晶粒内的溶质含量
4.3.4.4 A356铝合金压铸件不同部位的共晶硅形貌
4.4 压铸件的力学性能
4.4.1 A356铝合金液态压铸和半固态压铸的力学性能
4.4.2 浆料保温时间对压铸件力学性能的影响
4.4.2.1 590℃下浆料保温不同时间的压铸件力学性能
4.4.2.2 600℃下浆料保温不同时间的压铸件力学性能
4.4.2.3 610℃下浆料保温不同时间的压铸件力学性能
4.4.3 浆料保温温度对压铸件力学性能的影响
4.4.4 实验结果分析
4.5 本章小结
第5章 A356铝合金半固态浆料在不同冷却条件下的凝固行为
5.1 实验方法
5.1.1 半固态浆料金属型浇注实验
5.1.2 半固态浆料不同成形方式实验
5.1.3 浆料的近平衡凝固实验
5.2 实验参数
5.3 A356铝合金半固态浆料在不同条件下的凝固组织
5.3.1 不同保温时间对A356铝合金半固态金属型铸造组织的影响
5.3.1.1 金属型组织中的初生α-Al晶粒与二次α-Al晶粒
5.3.1.2 不同保温时间下的共晶硅
5.3.2 成形方式对A356铝合金自孕育铸造组织的影响
5.3.2.1 不同成形方式下的初生α-Al晶粒
5.3.2.2 不同成形方式下的二次α-Al晶粒
5.3.2.3 不同成形方式下的共晶硅
5.3.2.4 不同成形方式的凝固组织成分分析
5.3.3 A356铝合金半固态浆料近平衡凝固组织
5.3.3.1 浆料随炉冷却至不同温度的组织
5.3.3.2 半固态浆料近平衡凝固扫描组织及能谱分析
5.3.3.3 半固态浆料近平衡凝固共晶组织
5.4 不同状态下A356铝合金半固态浆料的凝固行为
5.5 本章小结
结论
论文创新点
参考文献
致谢
附录A 攻读博士学位期间发表论文目录
本文编号：3671943
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 金属半固态成形概述
1.1.1 金属半固态成形的概念
1.1.2 半固态成形的优点及初生相球化机制
1.2 半固态成形的主流研究方向
1.3 半固态成形的应用
1.4 半固态流变成形研究进展
1.5 半固态加工过程中的二次凝固及其研究现状
1.6 本课题研究意义及研究内容
1.6.1 课题研究意义
1.6.2 课题研究内容
第2章 A356铝合金自孕育凝固过程及组织细化机理
2.1 实验材料及方法
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验方法
2.1.2.1 实验前期准备
2.1.2.2 组织细化实验
2.1.2.3 熔体处理温度对自孕育铸造组织的影响实验
2.1.2.4 自孕育剂加入量对自孕育铸造组织的影响实验
2.1.2.5 导流器角度对自孕育铸造组织的影响实验
2.1.2.6 试样制备与组织观察
2.2 实验结果
2.2.1 自孕育法对A356铝合金凝固组织的细化
2.2.2 熔体处理温度对A356铝合金自孕育金属型浇注组织的影响
2.2.3 自孕育剂加入量对A356铝合金自孕育金属型铸造组织的影响
2.2.4 导流器角度对A356铝合金自孕育金属型铸造组织的影响
2.2.5 传统金属型浇注与自孕育金属型浇注共晶硅对比
2.3 传统金属型浇注条件下树枝晶组织的形成
2.4 自孕育铸造条件下A356铝合金非枝晶组织的形成
2.4.1 细化晶粒的途径
2.4.2 自孕育剂的作用
2.4.3 导流器的作用
2.4.4 自孕育铸造对组织的细化
2.5 自孕育工艺参数的交互本质及参数优化
2.6 本章小结
第3章 A356铝合金自孕育半固态浆料的球化演变及水淬二次凝固组织
3.1 实验方法
3.1.1 保温工艺的设定
3.1.2 保温过程初生固相组织演变实验
3.1.3 不同保温参数对浆料水淬二次凝固组织的影响实验
3.1.4 连续冷却过程中初生固相组织演变实验
3.1.4.1 A356铝合金半固态浆料的连续冷却实验
3.1.4.2 液态A356铝合金降温至近液相线的连续冷却实验
3.2 实验可行性分析
3.3 不同熔体处理温度下的浆料制备及组织分析
3.3.1 不同熔体处理温度对A356铝合金半固态浆料水淬组织的影响
3.3.2 自孕育条件下熔体处理温度对合金浆料组织的影响机理探讨
3.4 等温保温过程中初生晶粒的组织演变及形成机制
3.4.1 等温保温过程中A356铝合金半固态浆料初生α-Al晶粒的组织演变
3.4.2 保温过程中初生α-Al晶粒的熟化机制
3.5 不同保温条件下的浆料水淬二次凝固组织
3.5.1 保温时间对浆料二次α-Al晶粒形貌的影响
3.5.2 保温温度对水淬二次α-Al晶粒及共晶Si形貌的影响
3.6 连续冷却过程中初生晶粒的组织演变
3.6.1 A356铝合金半固态浆料在连续冷却过程中的组织
3.6.2 液态A356铝合金在近液相线时的连续冷却组织
3.7 本章小结
第4章 A356铝合金自孕育流变压铸组织及力学性能
4.1 实验方法
4.1.1 自孕育流变压铸工艺
4.1.2 压铸参数设置
4.1.3 流变压铸件取样及组织观察
4.1.4 力学性能测试
4.2 A356铝合金自孕育流变压铸组织
4.2.1 液态压铸与半固态压铸组织对比
4.2.2 保温时间对A356铝合金流变压铸组织的影响
4.2.2.1 A356铝合金半固态浆料在590℃保温不同时间的流变压铸组织
4.2.2.2 A356铝合金半固态浆料在600℃保温不同时间的流变压铸组织
4.2.2.3 A356铝合金半固态浆料在610℃保温不同时间的流变压铸组织
4.2.3 保温温度对A356铝合金自孕育流变压铸组织的影响
4.2.3.1 不同保温温度下A356铝合金流变压铸件的固相体积分数
4.2.3.2 保温温度对A356铝合金流变压铸组织初生α-Al晶粒尺寸及形貌的影响
4.2.3.3 保温温度对A356铝合金流变压铸组织二次α-Al晶粒尺寸及形貌的影响
4.2.3.4 保温温度(浇注温度)对A356铝合金流变压铸组织共晶硅形貌的影响
4.3 A356铝合金自孕育流变压铸二次凝固过程及组织形成机理
4.3.1 二次α-Al晶粒的形核及长大
4.3.2 压铸组织中的元素分布
4.3.3 共晶硅相的形貌
4.3.4 自孕育流变压铸件不同部位的组织
4.3.4.1 压铸件不同部位的初生α-Al晶粒组织
4.3.4.2 压铸件不同位置的二次α-Al晶粒组织
4.3.4.3 铸件不同部位晶粒内的溶质含量
4.3.4.4 A356铝合金压铸件不同部位的共晶硅形貌
4.4 压铸件的力学性能
4.4.1 A356铝合金液态压铸和半固态压铸的力学性能
4.4.2 浆料保温时间对压铸件力学性能的影响
4.4.2.1 590℃下浆料保温不同时间的压铸件力学性能
4.4.2.2 600℃下浆料保温不同时间的压铸件力学性能
4.4.2.3 610℃下浆料保温不同时间的压铸件力学性能
4.4.3 浆料保温温度对压铸件力学性能的影响
4.4.4 实验结果分析
4.5 本章小结
第5章 A356铝合金半固态浆料在不同冷却条件下的凝固行为
5.1 实验方法
5.1.1 半固态浆料金属型浇注实验
5.1.2 半固态浆料不同成形方式实验
5.1.3 浆料的近平衡凝固实验
5.2 实验参数
5.3 A356铝合金半固态浆料在不同条件下的凝固组织
5.3.1 不同保温时间对A356铝合金半固态金属型铸造组织的影响
5.3.1.1 金属型组织中的初生α-Al晶粒与二次α-Al晶粒
5.3.1.2 不同保温时间下的共晶硅
5.3.2 成形方式对A356铝合金自孕育铸造组织的影响
5.3.2.1 不同成形方式下的初生α-Al晶粒
5.3.2.2 不同成形方式下的二次α-Al晶粒
5.3.2.3 不同成形方式下的共晶硅
5.3.2.4 不同成形方式的凝固组织成分分析
5.3.3 A356铝合金半固态浆料近平衡凝固组织
5.3.3.1 浆料随炉冷却至不同温度的组织
5.3.3.2 半固态浆料近平衡凝固扫描组织及能谱分析
5.3.3.3 半固态浆料近平衡凝固共晶组织
5.4 不同状态下A356铝合金半固态浆料的凝固行为
5.5 本章小结
结论
论文创新点
参考文献
致谢
附录A 攻读博士学位期间发表论文目录
本文编号：3671943
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