ZL201合金半固态电磁流变成形组织与性能

利用电磁场对合金熔体的作用研究交流电磁场下ZL201合金半固态电磁流变成形工艺、组织与性能.结果表明:在18 A,50 Hz的交流电磁场作用下,金属液温度650±1℃,模具温度510±1℃时,可以获得表面光洁、尺寸精度高、微观组织致密、内部无气孔和夹杂等缺陷的成形件.其硬度可达108HV5,是不加电磁场流变成形件的1.5倍.该研究为铝合金半固态电磁流变成形技术的应用奠定了基础.     

电磁场作用中近液相线铸造ZL201合金的组织及其机理

以ZL201合金为研究对象,采用降低浇铸温度同时施加电磁场的模铸工艺,研究了ZL201合金的凝固组织及组织细化机理.结果表明:在液相线温度附近施加电磁场,合金组织为均匀、细小非枝晶组织;随着电流增大和冷却增强,组织细小、均匀的趋势增强;低过热度浇铸时,临界晶核半径减小,此时在电磁场作用下,熔体的温度梯度降低,促进了准固相原子团簇在熔体中的形成,形核率增大,组织细小、均匀.凝固初期,由于电磁场作用使溶质分布均匀,熔体中晶核向各方向的长大速率趋于一致,晶粒以近球形长大.     

浇注温度对合金熔体冷却规律和半固态组织的影响

介绍了一种实验室自主研发的轻合金半固态浆料制备设备--锥桶式流变成形机(TBR),该设备利用刻有凸纹和沟槽的内、外锥桶的相对转动,使合金熔体在凝固过程中受到剧烈的剪切搅拌,从而获得合金半固态浆料.对TBR工艺的传热模型进行了推导,以A356为实验材料得出制备的A356铝合金半固态浆料温度与浇注温度的关系式,同时分析了不同浇注温度下合金熔体的冷却规律和获得的半固态组织形貌.结果表明,适当降低A356合金熔体的浇注温度可以延长初生固相受到的剪切时间和增加剪切次数,从而获得细小、均匀的半固态组织.当浇注温度为640℃时,初生固相平均晶粒尺寸为68μm,形状因子为0.82.     

超声预处理对ZL205A铝合金铸件凝固组织的影响

在液相线以上不同的温度对ZL205A铝合金熔体施加超声预处理后进行浇铸,研究在液相高温区段对ZL205A铝合金熔体施加超声预处理后对其铸件凝固组织的影响,探索超声预处理ZL205A铝合金熔体对其铸件凝固组织影响的作用机制。研究结果表明:超声波作用于ZL205A铝合金熔体高温液相区段能有效减少其铸件凝固组织的气孔,细化其铸件的凝固组织,且这种细化效果随着超声施振温度的提高而减弱。超声空化促进Al3Ti的形成和分布,提高形核率是超声预处理ZL205A铝合金熔体改善其铸件凝固组织的主要机制。     

半固态ZL201合金的重熔加热合金组织

采用电子显微镜及图像分析仪,系统研究了近液相线铸造ZL201合金在二次加热过程中的组织演变·结果表明:ZL201铝合金半固态坯料在620～630℃保温5～10min,能够获得适用于半固态成形的触变组织,此时,晶粒平均等积圆直径为43 8μm,晶粒平均圆度为1 87·近液相线半连续铸造可以获得理想的ZL201合金半固态坯料·     

半固态ZL201合金触变强度与变形参数的相关性

采用Gleeble1500热模拟机,研究了半固态ZL201铝合金的压缩变形过程以及不同应变速率、变形量及变形温度对触变强度的影响.研究结果表明:当应变速率相同时,变形温度越高,ZL201合金半固态试样的触变强度越低.当变形温度相同时,在较低应变速率下(.ε5s-1),随着应变速率的增大,触变强度又有减小的趋势.结果可为半固态成形工艺参数制定提供基础数据.     

ZL201合金低频电磁铸造与二次加热的合金组织

采用低频电磁铸造技术制备ZL201合金半固态坯料,研究了电磁场频率以及二次加热温度和保温时间对合金微观组织的影响.结果表明,随着电磁场频率从10 Hz增大到30 Hz,组织的枝晶化趋势逐渐减弱,当电磁场频率为30 Hz时,可以获得均匀、细小的蔷薇状和等轴晶组织.对电磁场频率为30 Hz时铸造的半固态坯料进行二次加热表明,当二次加热温度为630℃,保温20 min后,铸造组织逐渐转变为均匀的近球形组织,具有良好的触变成形性.     

流变压铸工艺参数对半固态A356铝合金充填性的影响

研究了半固态A356铝合金浆料的成形温度、压射比压和压射冲头速度对半固态A356铝合金流变压铸充填性的影响.实验结果表明:较高的半固态A356铝合金浆料的成形温度有利于获得良好的充填性.压射比压和压射冲头速度对半固态A356铝合金浆料充填性也具有较大的影响.在本实验条件下,压射冲头速度越大或压射比压越大,充填性越好.试片的壁厚对半固态A356铝合金浆料的充填性影响较大,试片壁厚越大,越容易充填.此外,采用低过热度浇注和弱电磁搅拌技术制备的A356铝合金浆料和流变压铸试片的组织分布很均匀,有利于获得优质的半固态压铸件.     

低频电磁场对传统热顶铸造6063铝合金凝固过程的影响

在传统热顶铸造过程中施加低频电磁场,使用热电偶测量了稳定铸造阶段从铸锭中心到边部不同位置的冷却过程,得到了铸锭内部的温度分布,分析了低频电磁场对传统热顶铸造6063铝合金凝固过程、宏观组织和表面偏析层厚度的影响.实验表明:低频电磁场使铝熔体产生的强制对流使熔池内的温度分布更加均匀,促进了铝熔体过热的散失,使熔池内的温度低于6063铝合金的液相线温度,提高了熔池内部形核质点的数量,在没有添加细化剂条件下使铸锭宏观组织均匀细小,降低了液穴深度.铝熔体流动速度的加快能增强石墨环与铝熔体之间的换热,使结晶器内铸锭表面初始凝壳点位置上移,减小了铝熔体与结晶器的有效接触高度,提高了铸锭的表面质量.     

环缝式电磁搅拌法制备半固态浆料过程电磁场的数值模拟

建立了环缝式电磁搅拌法制备半固态金属浆料系统电磁场的计算模型,采用商用ANSYS软件对制浆系统内电磁场分布进行了数值模拟,分析了电流、频率、坩埚材质、冷却器材质和环缝宽度对磁感应强度的影响规律,并进行了相应的实验验证. 研究结果表明:电磁场模拟结果与实验结果具有较好地一致性,验证了计算模型与软件算法的可行性;系统电磁力主要分布于环缝内,提高了对合金熔体的搅拌强度;在相同的环缝宽度下,磁感应强度随频率的增大而依次减小,随电流的增大而依次增大;同时选用不锈钢坩埚与石墨冷却器可以使环缝内铝合金熔体的磁感应强度获得最大;相同电流和频率条件下,磁感应强度随着环缝宽度减小而逐渐增大;相同搅拌功率条件下,环缝式电磁搅拌法可以获得更加细小均匀的半固态组织,平均晶粒尺寸较普通电磁搅拌法减小31%.     

A356铝合金半固态成形的数值模拟

利用ANSYS有限元模拟软件,通过对温度场与速度场的耦合数值模拟,分析了触变成形过程中充型温度对A356合金半固态浆料流动及温度分布的影响.模拟结果表明:当充型温度为590℃,压射速度为5 m/s时,半固态浆料充型平稳,没有形成喷溅和卷气现象,温度分布没有明显的热节区域形成,半固态浆料成形效果最理想,有利于获得充型完整、轮廓清晰、内部组织致密的半固态成形件.通过实验对数值模拟所获得的工艺参数进行了验证.     

AlSi7MgBe合金半固态坯料制备及其触变成形

采用近液相线半连续铸造技术制备AlSi7MgBe合金半固态坯料,研究制坯工艺以及二次加热温度和保温时间对半固态浆料微观组织的影响,通过组织与性能分析对AlSi7MgBe合金的半固态触变成形性进行了研究.研究结果表明,AlSi7MgBe合金采用近液相线半连续铸造,坯料具有均匀、细小的蔷薇状组织.当二次加热温度为595℃,保温15 min时,能够得到适合于进行半固态触变成形的球化组织.对近液相线半连续铸造AlSi7MgBe合金坯料进行半固态触变成形,可以获得轮廓清晰、组织致密的成形件,成形件的组织与性能得到改善,与液态模锻工艺相比,硬度提高20%.     

强磁场下电磁振荡强度与频率对Zn-20%Bi过偏晶合金显微组织的影响简

采用强磁场复合交变电流方法细化Zn-20％Bi过偏晶合金的显微凝固组织,研究了磁感应强度、电磁振荡强度和交变电流频率对Zn-20％Bi过偏晶合金显微组织的影响。随着磁感应强度的增加,合金组织中第二富Bi相粒径逐渐得到细化;随着电磁振荡强度的增加,富Bi相尺寸先减小后增加;随着交变电流频率的增加,富Bi相尺寸也是先减小后增加,存在一个最佳频率。并解释说明了各因素的影响机制。     

电磁搅拌工艺参数对半固态AZ91D 镁合金组织的影响

研究了电磁搅拌工艺参数对半固态AZ91D合金组织的影响规律。结果表明：电磁搅拌条件下半固态AZ91D合金组织的固相颗粒为蔷薇状或粒状α—Mg，随电磁搅拌功率的增大，蔷薇状形态逐渐消失，固相颗粒形态趋于粒状和圆整；在实验范围内，随电磁搅拌电源频率的增大，半固态AZ91D合金组织中固相颗粒形态越来越圆整。这主要是由于电磁搅拌条件下半固态AZ91D合金组织的形成机理是以枝晶臂熔断为主，而在高频率下的电磁搅拌过程中，在搅拌室产生的集肤效应使得表面和中心出现宏观温度差，从而加强了固相颗粒随流场运动时的温度起伏，最终加速了枝晶的熔断。     

钢铁材料矩形坯半固态连铸机研制

针对低过热浇注、结晶器润滑、快速制备半固态浆料、非圆坯料与圆形注口的协调等矩形坯半固态连铸中的特殊问题,采用立式机型,用电磁搅拌与温度控制结合法制得半固态浆料,采用低压渗油终结晶器、连续变截面预结晶器等技术,设计了适用于钢铁材料的半固态连铸机.试用结果表明:采用预结晶器、终结晶器的双结晶器式结构可以方便实现半固态浆料的制备、运输和浇注成形,低压渗油技术可使终结晶器得到有效润滑.     

6061合金电磁半连续铸锭与二次加热组织研究

用电磁半连续铸造技术制备6061合金半固态坯料,并在不同的保温温度和保温时间下进行二次加热实验,观察铸锭及二次加热坯料的微观组织,研究保温温度和保温时间对二次加热淬火组织的影响.结果表明:6061合金可以通过电磁半连续铸造获得具有细小、均匀、非枝晶组织的铸锭;二次加热过程中,随着保温温度的升高,组织转变速度加快;保温温度过高,淬火组织粗大,对成形件性能不利;随着保温时间的增加,初生α-Al不断球化,淬火组织也越圆整,但晶粒长大明显;在610~630℃下保温10~15 min,所得淬火组织均匀,晶粒细小,是理想的成形组织.     

外场作用下ZL201合金近液相线铸造与触变成形

采用电子显微镜、图像分析仪、维氏硬度计及电子拉伸机,研究了ZL201合金近液相线电磁铸造(NLEMC)的铸态显微组织,进行了触变成形实验,测试了成形件的力学性能.结果表明,NLEMC半固态合金坯料的组织为细小、均匀的等轴晶组织,其晶粒平均等积圆直径为68.8μm;触变成形件的维氏硬度及抗拉强度分别为116.2 HV和308 MPa,均优于电磁铸造和近液相线铸造的合金组织与触变成形件的性能;讨论了NLEMC晶粒细化的机理.