稀土Y对A356合金组织和性能的影响

发布时间：2017-11-02 15:30

本文关键词：稀土Y对A356合金组织和性能的影响

【摘要】：A356合金是铝合金家族中最常用的铸造合金,不仅拥有良好的机械加工性能和铸造性能,而且具有流动性好、气密性好,收缩率小和热裂倾向小等优点,被广泛应用于航空、汽车等制造业领域。但是在常规铸态条件下,A356铸造合金的微观组织由粗大的α-Al枝晶和共晶Si组织构成,共晶Si相呈粗大的块状或板条状沿枝晶间随机分布,严重地割裂了基体,降低了合金的性能。因此如何改善α-Al晶粒和共晶硅的形态和尺寸就成为改善合金力学性能的关键所在。本文以A356合金为研究对象。首先,通过向A356合金中添加不同含量的稀土Y元素,研究了稀土Y对A356合金铸态组织和性能的影响。然后对变质后的合金进行不同的热处理,研究T6热处理工艺和T6I6双级时效工艺对合金组织和性能的影响。最后,利用研究成果和运用数值模拟软件设计滚轮支座浇注工艺,切实解决企业滚轮支座强度差塑性低的问题。研究结果显示,稀土Y可以细化A356合金铸态晶粒,而且改善了共晶硅的形态,使条状或长棒状的共晶硅向针状或短棒状转变。同时稀土Y元素的加入对A356合金中气孔的起到了抑制的作用。当稀土Y元素含量为0.3%时,合金组织就得到了明显的改善,共晶硅相由粗大的针片状变为细小的纤维状,其力学性能有了初步的提升。为了继续提升A356-0.3Y合金的力学性能,通过正交试验,研究了T6热处理工艺参数对合金组织和力学性能的影响,得出了T6优化热处理工艺为:535℃×4.5h+145℃×4h。同时研究了T6I6双级时效工艺对合金组织和力学性能的影响,优化了T6I6双级时效工艺参数。当预时效为120℃×3h,再时效为180℃×1h时,Si颗粒球化程度与均匀度俱佳,而合金的抗拉强度可达到289MPa,伸长率保持在10%-11%左右,硬度HB为91。利用研究成果和结合数值模拟技术,针对企业问题进行实例验证。基于Procast数值模拟软件,对滚轮支座充型过程进行数值模拟,预测缺陷的发生部位和区域,通过优化浇注工艺参数和合理设置浇冒口、冷铁等,得到可行的浇注工艺并制备出完整的滚轮支座铸件。经过稀土Y元素变质和T6I6双级时效工艺后的滚轮支座,其承重载荷达到了2500Kg,解决了企业的实际问题。
【关键词】：A356合金 T6热处理 双级时效 数值模拟
【学位授予单位】：江苏理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21
【目录】：

摘要3-4
ABSTRACT4-8
第一章绪论8-17
1.1 课题研究背景8-12
1.1.1 铝及其合金概述8-9
1.1.2 Al-Si系合金概述9-10
1.1.3 A356 合金介绍10-12
1.2 A356 合金的热处理强化12-13
1.2.1 固溶强化机理12-13
1.2.2 时效强化机理13
1.3 数值模拟概述13-15
1.3.1 铸造数值模拟发展14-15
1.3.2 数值模拟软件介绍15
1.4 选题意义及主要研究内容15-17
1.4.1 选题意义15-16
1.4.2 主要研究内容16-17
第二章实验材料制备及分析方法17-21
2.1 实验材料17
2.2 实验合金的制备17-18
2.3 合金的热处理18
2.3.1 固溶处理18
2.3.2 时效处理18
2.4 分析测试手段18-21
2.4.1 力学性能18-19
2.4.2 显微组织观察19
2.4.3 X射线衍射分析19-20
2.4.4 断口扫描电镜观察20-21
第三章稀土Y对A356 合金组织和性能的影响21-33
3.1 稀土Y对A356 合金组织的影响21-28
3.1.1 稀土Y对A356 合金α -Al枝晶的细化22-24
3.1.2 稀土Y对A356 合金中气孔的抑制作用24-26
3.1.3 稀土Y对A356 合金中共晶硅相的变质作用26-28
3.2 稀土Y对A356 合金力学性能的影响28-30
3.2.1 稀土Y对A356 合金铸态拉伸性能的影响28-29
3.2.2 稀土Y元素对A356 合金铸态硬度的影响29-30
3.3 稀土Y对A356 合金的铸态断裂方式的影响30-31
3.4 本章小结31-33
第四章热处理对A356 合金组织和性能的影响33-51
4.1 T6 热处理对A356 合金组织和性能的影响33-42
4.1.1 T6 热处理对A356 合金组织的影响33-37
4.1.2 T6 热处理工艺对A356 合金力学性能的影响37-42
4.2 双级时效工艺对A356 合金组织和性能的影响42-50
4.2.1 双级时效工艺对A356 合金组织的影响43-46
4.2.2 双级时效工艺对A356 合金力学性能的影响46-49
4.2.3 双级时效工艺对A356 合金断口形貌的影响49-50
4.3 本章小结50-51
第五章稀土铝合金在滚轮支座铸造中的应用51-63
5.1 铸造工艺分析51-56
5.1.1 铸造工艺分析52-54
5.1.2 数值模拟54-55
5.1.3 浇注系统的设计55-56
5.2 基于Procast的滚轮支座的数值模拟56-60
5.2.1 数值模拟概述56-57
5.2.2 滚轮支座的数值模拟57-60
5.3 滚轮支座的无模铸造与浇注成型60
5.4 滚轮支座性能测试60-62
5.5 本章小结62-63
第六章结论63-64
参考文献64-67
攻读学位期间研究成果67-68
致谢68

【参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 饶晓晓;胡树兵;;A356铸造铝合金固溶处理工艺研究[J];材料导报;2010年S1期

2 冉广;周敬恩;王永芳;;铸造A356铝合金的拉伸性能及其断口分析[J];稀有金属材料与工程;2006年10期

3 李玉滨;;铝合金轮毂性能的影响因素[J];硅谷;2009年02期

4 胡鹏飞;张伟;;稀土在铝合金中的应用[J];河南科技;2006年01期

5 张瑜;王宇鑫;廖文俊;王华钰;杨颖;严彪;;稀土元素对过共晶铝硅合金的变质机理[J];金属功能材料;2010年03期

6 冉广;周敬恩;王永芳;席生岐;;铸造A356铝合金的微观组织及其拉伸性能研究[J];金属热处理;2007年03期

7 赵宇光,李道韫,王守实,何镇明;稀土在Al-Si合金中的固氢作用[J];金属学报;1993年01期

8 单忠德;;金属模具的无模化铸型快速制造技术[J];金属加工(热加工);2010年03期

9 Dong Wang;Changshu He;Hao Wang;Xiang Zhao;Liang Zuo;;Effects of Post-Weld Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Properties of Al-12.7Si-0.7Mg Alloy Welded Joints by GMAW[J];Acta Metallurgica Sinica(English Letters);2014年02期

10 赖华清,徐翔,范宏训;稀土在铸造铝合金中的作用[J];热加工工艺;2001年05期

中国硕士学位论文全文数据库前10条

1 姚衡;含钪高强韧铝硅合金组织与性能研究[D];中北大学;2012年

2 陈旷;热处理工艺对A356低压铸造轮毂屈服强度的影响[D];郑州大学;2006年

3 郭红;提高汽车轮毂用铝合金的冲击韧性[D];重庆大学;2006年

4 刘英吉;铸钢件凝固过程仿真及工艺改进设计[D];中国石油大学;2007年

5 刘红霞;碳化硅颗粒增强铝基复合材料的钎焊工艺与机理研究[D];南京航空航天大学;2008年

6 任丽萍;高强韧铸造铝合金组织与性能研究[D];中北大学;2010年

7 周鹏飞;Al-20Si变质与等温处理组织演变关系研究[D];兰州理工大学;2012年

8 谢玲;等轴晶形成条件下All2Si中硅相组织与性能特点研究[D];山东轻工业学院;2012年

9 钱思沅;基于数值模拟的铝合金发动机罩板砂型铸造的研究[D];湖南大学;2011年

10 檀廷佐;变质及热处理对铸造铝硅合金组织及性能的影响[D];南京航空航天大学;2012年