半固态铝合金流变成形工艺与理论研究

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1、摘要根据瞬态形核理论和晶粒游离理论，对LSPSF工艺条件下合金熔体的形核与自由晶形成进行了理论分析。认为，在LSPSF工艺中，低过热浇注、凝固初期的激冷和搅拌混合可有效地激发熔体形核，促进晶粒游离，提高游离晶的存活率，这是半固态组织细化的本质所在。确立了LSPSF条件下半固态初生组织形成机制以球状生长机制为主而非传统的树枝晶破碎机制。建立了模拟流变铸造微观组织形成的CellularAutomaton模型，深入考察了冷却强度和晶粒密度对流变铸造中初生a-A1形态的影响，与实验吻合很好。根据M-S稳定性理论，提出了“扩散场叠加”原理:晶粒周围溶质扩

2、散层的叠加影响着液固界面处引起界面失稳的浓度梯度，影响着晶粒周围溶质浓度的分布，进而影响初生相的生长形态，认为在高晶粒密度和缓慢冷却条件下，过冷熔体中形核晶体生长方式以球状生长为主。研究了压铸专用合金YL112的流变压铸工艺。将LSPSF浆料制备工艺和传统压铸HPDC工艺相结合，开发了流变压铸工艺，探讨了定量浇注和浆料输送方法。与HPDC相比，流变压铸可改善铸件的微观组织、提高铸件的致密性和力学性能，尤其延伸率提高明显。可采用热处理进一步提高YL112合金的力学性能口研究了变形铝合金流变挤压铸造工艺。分析了2024和7075流变挤压铸造的微观组

3、织特征、缺陷、液相偏析、半固态浆料的充型性能:研究了2024变形铝合金流变挤压铸造后的固熔处理制度和力学性能。与普通挤压铸造相比，流变挤压铸造可改善铸件的微观组织，提高铸件的力学性能。固溶处理可有效地改善流变挤压铸造产生的微观偏析.5000C,12h固溶处理+170℃人工时效12h的T6热处理制度可大幅度提高流变挤压铸造2024合金的力学性能，达到触变模锻的水平，但仍低于普通锻造。关键词:铝合金;半固态;球晶组织;凝固:力学性能人日STRACTABSTRACTAnovelrheocastingprocess,termedasLowSuperhe

4、atPouringwithaShearField(LSPSF)hasbeendeveloped,bywhichsoundsemi-solidmetalslurrycanbemanufacturedforrheoforming.AndaLSPSFmachinewasself-designedandbuilt.AseriesofexperimentsoncastingaluminumalloysandwroughtaluminumalloyswerecarriedouttoinvestigatetheefectsofLSPSFparameterso

5、nthesemi-solidmicrostructure.Theprimaryphaseevolutionbehavior,formationmechanismofnon-dendriticstructures,rheo-diecastingprocessforsecondarydiecastingalloyYL112andrheo-squeezecastingprocessforwroughtaluminumalloyswereinvestigated.Themainworkandresultsareasfollows:Highquality

6、semi-solidmetalslurriesofaseriesofaluminumalloysweremanufacturedbyLSPSFprocess,suchascastingalloyA356,highstrengthalloy201,secondarydiecastingalloyYL112andwroughtalloy2024,6082and7075.TheresultsshowthatLSPSFprocesscanproduce1500gsoundsemi-solidslurriesofexperimentalalloyswit

7、hin15-25s,inwhichtheprimarya-Alpresentssphericalorparticle-like,smallandhomogeneousdistribution,especiallywithzero-entrappedliquid.AfectingrulesofparametersinLSPSFonthesemi-solidmetalmicrostructureswerediscovered.Pouringtemperature,rotationspeedofbarrelandinclineddegreeofbar

8、reldeterminethestirring-mixingintensityandcoolingabilityapplied勿therotation