变形铝合金自孕育凝固过程与挤压铸造研究

【摘要】半固态成形技术结合了传统铸造和锻造成形的优点,为变形合金复杂制件的近净成形提供了新的解决方案。本文以2024变形铝合金为研究对象,采用自孕育法制备半固态浆料,对浆料的组织及其演变规律,自孕育法制浆过程中半固态浆料中非枝晶初生晶粒的凝固过程进行了分析。结合直接流变挤压铸造工艺实现了轮毂形件的试制,对半固态轮毂件微观组织和成形缺陷进行了分析。采用液淬法实现浆料取样,对自孕育法工艺制备的2024变形铝合金浆料的连续冷和短时保温过程中的初生晶颗粒组织演变规律进行了研究。结果表明：浆料在连续冷却过程中,大尺寸初生晶颗粒在长大的同时,较小的初生晶颗粒不断析出,浆料固相率、初生固相颗粒尺寸和形状因子连续增大。在连续冷却前期,主要是固相颗粒的析出引起浆料固相率的增加,而后期主要是固相颗粒的长大导致固相率增加。保温过程中浆料组织演变大致可分为连续冷却的聚集组织分解、初生固相颗粒合并粗化以及颗粒的最终熟化三个阶段。随保温时间的延长,浆料固相率不变,初生固相颗粒尺寸连续增大,颗粒数量减少,形状因子先减小后增大,最后减小到1.3-1.4之间。等温保温过程中浆料初生固相颗粒的生长符合LSW粗化方程。自孕育法浆料制备过程中,自孕育剂颗粒的加入使合金熔体内产生强烈的温度起伏,产生强制均匀形核的效果。多凹槽倾斜板导流器内壁起到异质形核基底的作用,导流器上的对流冲刷作用形成大量的蔷薇状的自由晶,金属液在多凹槽倾斜板内部混合汇流可以使金属液中的晶核存活。自孕育制浆过程中高的形核率和晶核的长大与存活是其工艺的核心。浆料中自由晶粒的形成和长大与熔体中的成分过冷和初生颗粒晶之间的相互影响有关。结合实验设备和前期研究基础,确定2024变形铝合金轮毂件半固态直接挤压成形实验的半固态浆料充填温度、模具预热温度、挤压压力、挤压速度、保压时间、模具的润滑剂配比等工艺参数。进行2024变形铝合金半固态流变挤压铸造成形,实现了轮毂零件的试制。分析了成形件微观组织及其元素分布特点,也分析了流变挤压成形2024变形铝合金轮毂件的成形缺陷。
【作者】刘兴海；
【导师】李元东；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】变形铝合金；半固态；挤压铸造；轮毂；自孕育法；

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