铝合金树脂砂铸造中侵入性气孔形成的研究

发布时间：2017-09-04 15:04

  本文关键词：铝合金树脂砂铸造中侵入性气孔形成的研究

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【摘要】：随着大型复杂铝合金铸件的大量生产和使用,树脂砂造型产生的侵入性气孔缺陷成为人们无法忽略的一个问题,但是目前人们对侵入性气孔的研究和认识却很少。为了全面、具体地认识侵入性气孔立体形貌,考查不同工艺参数对侵入性气孔形成的影响,本文自行设计砂型及砂芯,以期浇注的铸件中有数量可观的侵入性气孔用于统计研究。通过XCT断层扫描及三维重构技术,利用VG Studio MAX 2.2软件对上述铸件中的侵入性气孔进行分析,摸索出一套标注和表征铸件表面开孔以及近表面孔的方法,克服了此软件只能自动识别和分析铸件内部孔洞的局限性；获得各铸件样品中每个侵入性气孔的体积、表面积及圆整度等信息,获得了样品中所有侵入性气孔造成的孔隙率。观察所有侵入性气孔的三维立体形貌,发现侵入性气孔的形貌远比人们想象的复杂,影响侵入性气孔形貌的主要因素为侵入性气孔与固相对生长空间的竞争、枝晶间的凝固收缩以及合金液的流动,其中第一点为最主要影响因素。系统考察了砂型树脂含量和砂粒度、熔体质量(是否真空静置处理)、合金成分(亚共晶和近共晶Al-Si合金)等因素对侵入性气孔形成的影响,发现：1)近共晶合金铸件中侵入性气孔数量多、平均体积小、孔隙率大,而亚共晶合金铸件中侵入性气孔数量少、平均体积大、总的孔隙率小；亚共晶合金中的侵入性气孔洞形貌比近共晶合金中的圆整度更低,形貌更复杂。这主要与近共晶合金合金表面张力小、结晶温度低和释放潜热多(同一浇注温度下)有关。2)对于亚共晶合金,砂型中树脂加入量(3%-5%)的多少对侵入性气孔的数量、大小和形貌并无太大影响。3)对于亚共晶合金,粗砂成型件比细砂成型件中侵入性气孔孔隙率更高、数量更多且形貌较圆整；但对于近共晶合金,细砂成型件中,侵入性气孔的孔隙率更高、数量更多。砂粒大小对侵入性气孔的形成与合金本身的热物性密切相关。4)无论是亚共晶合金还是近共晶合金,经过真空处理后的铸件中侵入性气孔数目大大减少,孔隙率显著降低,圆整度大幅提高,这说明侵入性气孔的形成还与熔体质量存在显著的关联性。
【关键词】：铝合金 树脂砂 侵入性气孔 XCT断层扫描与重构
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG292
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-27
• 1.1 引言9
• 1.2 铝铸件中的孔洞缺陷9-14
• 1.2.1 铝铸件中的析出性气孔9-11
• 1.2.2 铝铸件中的缩孔11-12
• 1.2.3 铝铸件中的侵入性气孔12-14
• 1.3 侵入性气孔形成的影响因素14-21
• 1.3.1 树脂砂的发气特性14-17
• 1.3.2 砂型(芯)特性17-20
• 1.3.3 合金液性质20-21
• 1.4 铝铸件中孔洞缺陷的危害21-23
• 1.5 国内外孔洞研究技术的发展23-25
• 1.5.1 静态观察23-24
• 1.5.2 动态观察24-25
• 1.5.3 模拟研究25
• 1.6 研究背景和内容25-27
• 1.6.1 课题背景25-26
• 1.6.2 主要研究内容26-27
• 第二章 实验研究方法27-39
• 2.1 实验技术路线27
• 2.2 砂型模具设计27-31
• 2.3 合金的熔炼与制备31
• 2.4 砂型的混制31-33
• 2.5 孔洞的表征方法33-39
• 2.5.1 取样方法33-34
• 2.5.2 XCT扫描重构与侵入性气孔标注34-39
• 第三章 实验结果与分析39-68
• 3.1 侵入性气孔的典型形貌39-46
• 3.2 不同合金成分对侵入性气孔形成的影响46-53
• 3.2.1 侵入性气孔的总体分布与特征46-48
• 3.2.2 侵入性气孔的三维立体形貌比较48-50
• 3.2.3 侵入性气孔三维特征数据的对比及原因分析50-53
• 3.3 砂型中不同树脂加入量对侵入性气孔形成的影响53-57
• 3.3.1 侵入性气孔的总体分布与特征53-54
• 3.3.2 侵入性气孔的三维立体形貌比较54-55
• 3.3.3 侵入性气孔三维特征数据的对比及原因分析55-57
• 3.4 不同砂粒度分布对侵入性气孔形成的影响57-63
• 3.4.1 侵入性气孔的总体分布与特征57-58
• 3.4.2 侵入性气孔的三维立体形貌比较58-59
• 3.4.3 侵入性气孔三维特征的对比及原因分析59-61
• 3.4.4 砂粒度分布对近共晶合金中侵入性气孔形成的影响61-63
• 3.5 熔体质量对侵入性气孔形成的影响63-68
• 3.5.1 侵入性气孔的总体分布与特征63-64
• 3.5.2 侵入性气孔的三维立体形貌比较64
• 3.5.3 侵入性气孔三维特征的对比及原因分析64-67
• 3.5.4 不同熔体质量的近共晶合金中侵入性气孔的形成研究67-68
• 第四章 结论与展望68-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士期间的学术成果74-75
• 附录A75-101
• 附录B101-141

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