高性能a1sicumg合金的优化设计研究

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1、ADissertationinMaterialsPhysicsandChemistry／㈣StudyonDesignofHighPerformanceAl—Si-Cu-MgAlloybyXiangQianSupervisor：ProfessorZhouZhimin一髫‰小弋NortheasternUniversityJune2008e『‘町-EM-z'a's-·M『J''FZ:.:f.'1'，、局.，一作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢；．j学位论文作者签名：彳匆蒇1日期：珈

2、莎．．7．彦学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：／弘学位论文作者签名：以叼M导师签名：问努从签字日期：瑚．7．6J签字日期：易卯汐。7．汐∑

3、-r哈瓦1·'d、jal--Ei4东北大学硕士学位论文摘要高性能A1．Si．Cu．Mg合金的优化设计研究摘要

4、本文以设计高性能半固态趾．Si．Cu-Mg系合金作为研究目标，根据半固态合金的性能要求，参考合金元素和晶粒尺寸对合金凝固组织的影响，确定高强度高韧性合金的成分配比：Si含量小于12．6％，Cu的含量小于5．65％，Mg含量在1％以内。对于不同Si、cu和Mg含量的铝合金，采用多尺度数值模拟方法，研究气f，竹YJ、f，；#；J了近液相线半连续铸造过程中的微观组织演变，为半固态舢．Si．Cu-Mg合金的优化设计提供理论依据。利用Thermo．Cale软件计算了合金的热力学参数，根据砧．Si．Cu-Mg合金近液

5、相线半连续铸造的特点，建立了描述半连续铸造过程的温度场模型、浓度场模型以及形核与长大模型，通过宏观和微观尺度上的耦合计算，实现了宏观传热、传质与微观晶粒形核、生长及组织演变的模拟。本文模拟了础一Si．Cu．Mg合金在不同的合金成分、浇注温度和浇铸速度下，对合金微观组织的影响，得到了组织演变与合金成分及工艺条件之间的关系，进而获得适合半固态加工的最佳合金成分和最优工艺条件。模拟研究发现：相对于常规铸造，液相线半连续铸造得到的铸态组织晶粒均匀细小，浇铸温度越低，组织越理想；铸造速度对合金的微观组织影响也较大，

6、铸造速度大，晶粒比较粗大，降低铸造速度有利于均匀细小球形晶粒的形成，并且在0．002rn／s左右时，微观组织最为理想；在针对不同合金成分下的微观组织的研究中，Si含量在7％左右时，Cu含量在3％～4％左右时，Mg含量在0．4％,---0．8％时，得到的凝固组织均匀细小，晶粒圆度最高，平均尺寸最小，合金力学性能也最为理想，这与实验结果吻合。设计的A1．7％Si．4％Cu-0．6％Mg合金与ZLl07工业合金相近，因此其性能优于常规铸造的ZLl07工业合金，预测其抗拉强度在320,,-450MPa以上，伸长率

7、在3％---'4．5％左右，硬度HBS值在105HB以上。通过本文对砧．Si．Cu-Mg合金的研究可以发现，多尺度数值模拟是进行合金设计和工艺优化的一个有效方法，这为半固态铝合金设计开辟了一个新的思路。关键词：趾。Si．Cu-Mg合金；半固态合金设计；半连续铸造；多尺度模拟ⅡI141ifa叫命t东北大学硕士学位论文，●__I__________●●f_11lllllllllfStudyonDesignofHighPerformanceAl—Si—Cu—MgAlloyAbstract屯rl—Yl，Witht

8、heaimofdesigninghigh-performancesemi—solidA1-Si—Cu-Mgalloys，andbaseontheinfluenceofalloyingdementsandgrainsizeonmicrostructures，thecontentofthealloyingelementsisthatsilicon’Scontentislessthan12．6％，copperandmagnesiumlessthan5．65％and1．0％，respectively．Thus，b

9、ymeansof，，，《Jmulti．scalenumericalsimulation,themicrostructureofaluminiumalloyswithdifferentsilicon,copperandmagnesiumcontentinnear-liquiduscastingWasinvestigated．Theresultscouldprovideguidancetothesemi-solidalloydes