Al-45%Cu合金DC铸造过程的宏观偏析

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1、AI-4.5%Cu合金DC铸造过程的宏观偏析ADissertationinMaterialsFormingEngineeringMacrosegregationduringDirect?一Chi11CastingofA1―4.5%CuA11oyByZhangZhengzhengSupervisor：ProfessorCuiJianzhongLeeturerZhangHaitaoNortheasternUniversityJune2011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。论文屮取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括

2、-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=电思。学位论文作者签名：日张争争期：加1』・'・三。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：半年口一年口一年半口酣导签师字签字H期：裳堡篓銮作者签名：纵争争加1『・'・岁口。。鹳醐3狰才差，r垛90k,,夕东北大学硕士学位论

3、文摘要A1.4.5%Cu合金DC铸造过程的宏观偏析摘要宏观偏析是铝合金DC铸造过程中一种常见且带来严重危害的缺陷。这种缺陷是一种不可逆的缺陷，并且将一直存留在铸锭后续产品屮，造成性能差异而且影响终产品的质量。因此如何控制DC铸造过程中宏观偏析，对提高铝合金产品的质量和生产率有着重要的意义。本文以A1.4.5%Cu合金为研究对象。创建了适合描述DC铸造和低频电磁铸造（LFEC）过程中多物理场（流场，温度场和溶质场）的相互作用的数学模型，该模型很好地描述了在铸造过程屮电磁场、熔体流动、热量传输、合金凝固和溶质元素传递及宏观偏析，并且在商业有限元软件ANSYS和CFD软件FLUENT中得到了实

4、现。利用这个数学模型模拟了西20OmmA1—4.5%Cu合金铸锭DC和LFEC过程，并且模拟获得的电磁感应强度，铸造过程的冷却曲线和铸锭中cu元素的分布与测量的结果进行了比较，结果发现两者吻合很好。通过对DC铸锭和LFEC铸锭的组织观察，结果发现组织是由铝基体和0【一A1与0和(A12Cu)构成的共晶组织组成。施加低频电磁场并没有改变铸锭的凝固组织，但是细化了0【一AI和0相(A12Cu)的共晶组织且使其分布更加均匀。本文通过数值模拟从凝固收缩，浮游晶和强迫对流三方面详细研究模型参数，铸造工艺和电磁场对铸锭宏观偏析的影响规律，其规律为：1临界固札I率和渗透率增加，铸锭屮宏观偏析程度加重；

5、铸造速度减小，冷却强度增加和浇注温度降低，铸锭中的宏观偏析减弱；施加电磁场，铸锭的中心负偏析减弱，近表面偏析加重；电磁场频率增加，铸锭中心负偏析不变，近表面偏析加重；电磁场强度增加，铸锭中心负偏析和近表面偏析均减小。通过本文的研究可知，降低铸造速度，增加冷却强度，降低浇注温度和低频高强电磁场的施加均会减弱铸锭的宏观偏析，为实际生产提供理论依据与技术支持。关键词：A1-4・5Cu合金：宏观偏析；DC铸造；数值模拟；凝固收缩：强迫对流.II—东北大学硕士学位论文Abstl'actMacrosegregationduringDirectChi11CastingofA1—4.5%CuA11oyM

6、acrosegregationisacommonanow——upproducts,whichresu1tsinperformancedifferencesandtheimpactTherefore,Itisofsignificanceforaluminumalloystoimprovetheduey.qua1ityaro11ingthingDCcasting.andInthispaper,Al一4.5%Cua11oysarestudied.acoupledmathematicmodeloftheinteractionofmu1ti一physicalfields,whichappliest

7、oboththeconventiona1DCquencye1ectromagnepaper.Thismode1isgoodatcasting(DC)casting(LFEC)processes,htfirstlyinthisflow,hr,describingelectromId,fluiddificationandstressIdsincastingprocess.Itthecommercia1finitee1ementkageA