等轴晶形成条件下All2Si中硅相组织与性能特点研究

发布时间：2021-04-21 06:21

　　铸造铝硅合金具有密度低、比强度高、膨胀系数低、耐磨性高、抗腐蚀性强、铸造性能优良等优点，成为目前应用最广的铝合金之一，在汽车、航空、航海等领域使用越来越广泛。常规铸造合金的金相组织中存在针状的共晶硅和粗大且形状复杂的初晶硅，恶化了合金的性能。工业上，人们采用变质处理的方法来改善Si相的形貌，使其以有利的形状、较小的尺寸均匀分布在基体中。单一变质处理虽然可以改善合金的组织分布，但可能导致铸件无法满足高强度、高耐磨性的要求。因此，对铝合金熔体进行多种添加元素的复合变质处理，得到既有良好变质又有较好力学性能的综合效果，已经成为当今相关领域的重点研究目标。本研究课题选择Al12Si近共晶合金作为研究对象，熔炼后，浇注至自行设计的模具，并在不同的冷却条件下制备不同混合稀土（RE）含量的Al12Si合金试样。通过拍摄显微金相组织照片、扫描电镜（SEM）分析、能谱分析等对RE含量不同的A112Si合金中Si相的形貌特点及其分布规律进行分析。通过布氏硬度和维氏硬度实验分析冷却速度和RE含量对合金力学性能的影响，系统研究了混合RE在铝合金熔体处理中的变质效果，并对其变质强化机理作了探讨。最后，通过建立合... 

【文章来源】：齐鲁工业大学山东省

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 晶体生长形态
    1.3 铸造 A1-Si 合金的基本特点
    1.4 应用现状及趋势
    1.5 铝合金性能强化技术国内外研究现状
        1.5.1 冷却速度对 Al-Si 系列合金组织性能的影响
        1.5.2 变质处理对 Al-Si 系列合金组织性能的影响
    1.6 Al-Si 系列合金变质处理技术的研究进展
        1.6.1 单一变质处理
        1.6.2 复合变质处理
    1.7 课题研究内容及技术路线
        1.7.1 课题的研究内容
        1.7.2 研究技术路线
第2章 实验方法及过程
    2.1 实验用原材料
    2.2 实验设备及方法
        2.2.1 实验用模具设计
        2.2.2 混合 RE 中间合金的制备
        2.2.3 Al12Si 合金的制备
        2.2.4 试样制备及方法
        2.2.5 金相组织照片的获取
        2.2.6 硬度实验
        2.2.7 扫描电镜（SEM）测试分析和能谱分析
    2.3 研究过程
        2.3.1 冷却速度对 Al12Si 合金金相组织形态的影响
        2.3.2 冷却速度对 Al12Si 合金强度的影响
        2.3.3 变质处理对 Al12Si 合金金相组织形态以及性能的影响
    2.4 本章小结
第3章 冷却方式和变质处理对 Al12Si 中 Si 相形貌的影响
    3.1 显微硬度测试仪下的金相组织
        3.1.1 A、B、C 部位的组织对比
        3.1.2 空冷、水冷、模水冷的对比
        3.1.3 不同的混合稀土（RE）添加量对比
        3.1.4 黄铜模具和紫铜模具的对比
    3.2 扫描电镜（SEM）下的金相组织
        3.2.1 放大 400 倍的金相组织
        3.2.2 放大 800 倍的金相组织
        3.2.3 放大 1600 倍的金相组织
        3.2.4 放大 3000 倍的金相组织
    3.3 Al12Si 合金试样能谱分析
        3.3.1 能谱分析原理
        3.3.2 Al12Si 合金的能谱分析图
    3.4 本章小结
第4章 冷却速度和变质处理对 Al12Si 合金性能的影响
    4.1 冷却条件的影响
        4.1.1 组织分布规律及硬度的对比分析
        4.1.2 晶粒尺寸对比计算及分析
        4.1.3 数据处理与结果分析
    4.2 RE 变质的影响
        4.2.1 组织分布规律数字化分析
        4.2.2 布氏硬度测试及分析
        4.2.3 维氏硬度测试及分析
    4.3 变质机理探讨
    4.4 本章小结
第5章 基于 ANSYS 的 Al12Si 合金铸件凝固过程温度场的数值模拟
    5.1 数学模型的建立
    5.2 求解条件的确定
        5.2.1 基本假设
        5.2.2 初始条件
        5.2.3 边界条件及材料的热物性参数
    5.3 有限元模拟过程及其结果分析
        5.3.1 用 ANSYS 分析的简要步骤
        5.3.2 后处理阶段
    5.4 关键点温度变化
        5.4.1 铸件代表性节点温度变化曲线与分析
        5.4.2 模具代表性节点温度变化曲线与分析
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
致谢
在学期间科研成果情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]铸件和铸型间界面传热系数的试验研究[J]. 陈玲,钟蜀津,殷飞.  机械设计. 2011(12)
[2]P、Sr、RE变质对过共晶Al-Si合金组织形态的影响[J]. 孔凡校.  有色金属(冶炼部分). 2011(12)
[3]Sr复合变质剂对Al-Si合金变质影响的研究[J]. 付忠国.  有色设备. 2011(06)
[4]三种中间合金对纯铝晶粒细化作用的对比研究[J]. 郑开宏,张彩锦,王顺成,戚文军,车晓舟.  铸造技术. 2011(11)
[5]化学法对有色金属及合金晶粒细化的研究进展[J]. 夏天东,李庆林,赵文军,汪婷,陈曦.  中国有色金属学报. 2011(10)
[6]不同温度场数值模拟中潜热的处理方式[J]. 高翔.  新疆有色金属. 2011(S1)
[7]基于宏微观耦合三维模型的铝合金凝固模拟[J]. 许林,郭洪民.  特种铸造及有色合金. 2011(04)
[8]铝硅合金细化处理的研究进展[J]. 刘杰.  矿冶工程. 2011(02)
[9]稀土Ce对Al-12Si合金微观组织影响[J]. 于进文,张平则,滕新营.  金属功能材料. 2011(01)
[10]Al-Si系列合金应用及快冷变质的细晶强化研究[J]. 谢玲,胡心平,张娟.  山东轻工业学院学报(自然科学版). 2011(01)

博士论文
[1]Al-25%Si合金Si相形态、变质及性能研究[D]. 胡慧芳.重庆大学 2010
[2]变质对过共晶铝硅合金中初生硅的影响及其作用机制[D]. 许长林.吉林大学 2007

硕士论文
[1]4032铝合金组织及力学性能分析[D]. 王玉凤.哈尔滨工业大学 2010
[2]锶和稀土对4004铝合金变质效果的研究[D]. 卢烨.哈尔滨理工大学 2010
[3]镧、钕、铈对4004铝合金变质效果研究[D]. 张建交.哈尔滨理工大学 2010
[4]基于信息融合技术的航空发动机智能监测研究[D]. 赵晶.南京航空航天大学 2010
[5]铝基中间合金的制备及其对ZL109合金的强化[D]. 薛永军.太原理工大学 2006



本文编号：3151233