40453003铝合金复合铸锭包覆铸造的研究

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文4045／3003铝合金复合铸锭包覆铸造的研究作者姓名：指导教师：申请学位级别：学科专业名称：论文提交日期：学位授予日期：评阅人：／f写朱光华李宝绵教授东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室硕士学科类别：工学材料加工工程2014年6月论文答辩日期：2014年6月2014年7月衡矮黜i白扎讽Ii，子王哲咯东北大学2014年6月万方数据AMaster’SThesisinMaterialsFormingEngineeringStudyon4045／3003CompositeIngotofCladdingCastingByZhuG

2、uanghuaSupervisor：ProfessorLiBaomianNortheasternUniversityJune2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工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意。学位论文作者签名：庑宏并日期：乃归名．与。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

3、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：，半年口一年口一年半口两年茴／⋯一躲扉拈绎聊签名形宝研万方数据东北大学硕士学位论文摘要40．；45／3003铝合金复合铸锭包覆铸造的研究摘要复合材料聚集了单一材料的优秀性能，被广泛地应用于汽车船舶、机械电子、石油化工、航空航天等领域，在近些年受到广泛关注。采用直接水冷连续铸造法生产复合材料能够节约能源，降低生产费用以及提高生产效率。在包覆铸造中，首要研究的就是界面的结合情况和特点

4、，分析铸造工艺条件对铸锭的复合状态的影响，不断改善复合材料的性能，因此，设计合理的实验装置、制定合理的铸造工艺参数有很重大的意义。本文首先通过Fluent有限元软件建立一个数学模型，模拟复合铸锭包覆铸造过程的速度场、温度场以及凝固过程。铸锭的规格参数为①140mm／OllOmm，其中外层是4045铝合金，内芯是3003铝合金。对包覆铸造过程的铸造速度、铸造温度和接触高度这三个工艺条件进行模拟，分别模拟出了各自的速度场、温度场以及对温度分布提取数据分析。分析比较模拟结果之后发现：在铸造速度为110～150mm／min的条件下，界面的复合效果最好，铸造速度过低

5、，冷却时间太长会导致无法复合，铸造速度过高，则会使支撑层的厚度减薄，由于回热作用，会重熔芯材，使复合界面受到损坏；在模拟的温度范围内，即953K-1013K，铸造温度对两种合金复合时的速度场和温度场基本没有影响，可以根据铸造的实际情况制定最佳的温度；采取较低接触高度，如h=20mm和h--30mm进行铸造时，熔体在分流口处受各阶段冷却较大，流动较弱，芯材液穴浅，支撑层厚度较大，支撑层外表面温度较低，采取较高接触高度时如h=40mm和h=50mm进行铸造时，熔体在分流口处流动性较好，芯材液穴较深、支撑层厚度适中，支撑层外表面温度较高，高的接触高度铸造得到的复

6、合铸锭界面处的抗拉强度更高，所以铸造时应采用高的接触高度，即40mm或者50mm。在模拟出工艺参数的基础上，进行实际的包覆铸造，验证不同铸造速度的情况。铸造速度为90mm／min时，出现挂锭；铸造速度为170mm／min时，出现漏铝。铸造速度为110mm／min、130mm／min、150mm／min的复合宏观形貌良好。观察复合成功的三组铸锭的结合界面的宏观组织和微观组织，铸造速度为110mm／min的铸锭复合界面并一TTT—万方数据东北大学硕士学位论文摘要没有全部复合；铸造速度为130mm／min的试样微观组织显示结合界面有较宽的扩散过渡层。根据打点分析

7、得知元素互相均匀扩散至另一种合金，在界面处两种合金元素均有一个突变现象，即从4045铝合金到3003铝合金Si含量迅速降低，从3003铝合金到4045铝合金Mn含量迅速降低，Si和Mn两种元素都有一定程度的扩散，这说明两种合金是一种冶金结合；铸造速度为150mm／min的铸锭结合界面发生了混流。对试样做多组拉伸试验，得出复合情况良好的试样结合界面的抗拉强度高于3003铝合金的抗拉强度。综合分析可知铸造速度为130mm／min的铸锭结合界面最好。关键词：复合材料；数值模拟；包覆铸造；结合界面一Ⅳ一万方数据东北大学硕士学位论文AbstractStudyon40

8、45／3003CompositeIngotofCladdingCa