Zr基块体非晶合金熔体流动性及充型能力研究

发布时间：2017-10-19 03:01

  本文关键词：Zr基块体非晶合金熔体流动性及充型能力研究

  更多相关文章： 块体非晶合金 流动性 体积流量 充型能力 力学性能

【摘要】：块体非晶合金具有极高的强度和弹性极限、良好的耐磨性和抗腐蚀性、热膨胀系数低和铸造凝固收缩率小等优异的综合性能,使其在航空航天以及国防装备等领域显示了重要的潜在应用价值。然而块体非晶合金无法进行常规的轧制或锻造成型,成型技术的滞后限制了这类合金的应用。利用合金熔体的流动性进行铸造成型是最有可能实现低成本加工的有效技术途径。本文以Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5(Vit1)和Ti32.8Zr30.2Cu9Ni5.3Be22.7(ZT3)两种非晶形成能力比较强的块体非晶合金为研究对象。用工业纯铜和高纯石墨两种不同的铸型材料,设计和加工了不同尺寸的铸型型腔。选择不同的过热温度和浇注高度等试验参数,对上述两种非晶合金熔体开展了流动性试验研究,用体积流量评价了合金熔体的流动性和充型能力。基于铸件成型理论和传热学理论,在晶态合金体积流量本构方程的基础上,构建了用于表征非晶态合金熔体体积流量的改进型方程。用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)对流动性试样的结构和热物性参数进行测试分析;用Instron万能材料试验机测试不同试验条件下块体非晶合金的室温压缩性能;用扫描电子显微镜观察试样断口形貌。实验结果表明:两种块体非晶合金熔体在铸型中的体积流量随过热温度的提高和铸型流动通道横截面积的增大而增大。通过增加浇注高度可提高充型速度和熔体的体积流量,且体积流量和浇注高度之间呈线性关系。比较块体非晶合金熔体在工业纯铜和高纯石墨铸型中的流动特点发现,在相同的铸造条件下,由于两种铸型的蓄热系数不同,合金熔体的体积流量也不同。高纯石墨铸型的体积流量明显大于工业纯铜铸型的体积流量,同时高纯石墨铸型中合金熔体的体积流量对浇注高度的变化更为敏感。通过比较两种块体非晶合金在不同铸造条件下的力学性能发现,改变铸型材料和铸型尺寸对Vit1和ZT3两种非晶合金的力学性能无显著影响,但ZT3块体非晶合金表现出微小的塑性变形量。
【关键词】：块体非晶合金 流动性 体积流量 充型能力 力学性能
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG139.8
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 非晶合金发展概况11-13
• 1.2 块体非晶合金的制备方法13-14
• 1.2.1 熔剂包敷法13
• 1.2.2 金属模铸造法13
• 1.2.3 石英管水淬法13-14
• 1.2.4 电弧炉熔炼吸铸法14
• 1.2.5 定向凝固法14
• 1.2.6 非晶粉末挤压法14
• 1.3 非晶合金的力学性能14-16
• 1.3.1 高强度14-15
• 1.3.2 高硬度15
• 1.3.3 弹性15
• 1.3.4 超塑性15-16
• 1.4 铸造金属凝固原理及合金充型特征16-20
• 1.4.1 铸造金属凝固原理16-17
• 1.4.2 液态金属流动性及充型能力特征17-18
• 1.4.3 普通合金停止流动机理18-19
• 1.4.4 非晶合金铸造成型特征19-20
• 1.5 本文的选题意义及研究内容20-22
• 1.5.1 选题意义20
• 1.5.2 研究内容20-22
• 第2章 实验方法22-31
• 2.1 实验设备22-24
• 2.1.1 熔炼和铸造成型设备22
• 2.1.2 实验所用模具及辅助支架22-24
• 2.1.3 其他设备24
• 2.2 材料制备24-26
• 2.2.1 原材料处理24
• 2.2.2 合金锭的制备24-25
• 2.2.3 流动性试样浇注成型25-26
• 2.3 块体非晶合金浇注质量和浇注型腔的选择26-29
• 2.3.1 块体非晶合金浇注质量的计算26-27
• 2.3.2 块体非晶合金浇注型腔的探索27-29
• 2.3.3 块体非晶合金浇注质量和浇注型腔的确定29
• 2.4 X射线衍射分析29
• 2.5 DSC热物性分析29
• 2.6 压缩性能测试及方法29-30
• 2.7 扫描电镜分析(SEM)30-31
• 第3章 块体非晶合金熔体流动性及充型能力分析31-54
• 3.1 流动性试样的物性分析31-34
• 3.1.1 流动性试样的XRD分析31-33
• 3.1.2 流动性试样的DSC分析33-34
• 3.2 液态金属充型能力的计算34-38
• 3.3 实验结果分析38-51
• 3.3.1 浇注高度对体积流量的影响38-41
• 3.3.2 铸型尺寸对体积流量的影响41-45
• 3.3.3 过热温度对体积流量的影响45-51
• 3.4 铸件凝固时间的修正51-52
• 3.4.1 铸件在金属型中的冷却51
• 3.4.2 铸件凝固时间的计算51-52
• 3.5 本章小结52-54
• 第4章 冷却速率对块体非晶合金力学性能的影响54-59
• 4.1 室温压缩性能54-56
• 4.2 压缩断口形貌56-57
• 4.3 冷却速率对力学性能的影响分析57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-65
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果65-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 Marcin Górny;;Fluidity and Temperature Profile of Ductile Iron in Thin Sections[J];Journal of Iron and Steel Research(International);2012年08期

2 李剑;郝启堂;李新雷;陈云龙;;铝合金薄壁件真空吸铸充型能力的研究[J];铸造;2012年03期

3 ;TiZr-base Bulk Metallic Glass with over 50 mm in Diameter[J];Journal of Materials Science & Technology;2010年06期

4 马明臻;宗海涛;王海燕;齐彦鹏;梁顺星;宋爱君;张卫国;王强;张新宇;景勤;李工;刘日平;;Zr基大块非晶合金熔体的流动性与成型性[J];中国科学(G辑:物理学 力学 天文学);2008年04期

5 孙军,张国君,刘刚;大块非晶合金力学性能研究进展[J];西安交通大学学报;2001年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 于鹏飞;Zr基非晶合金熔体流动性及铸造成型性研究[D];燕山大学;2010年

，

本文编号：1058655