超聲外場輔助鑄造抑制7050合金宏微觀偏析的實驗研究.pdf

1、在7050鋁合金的半連續(xù)鑄造過程中,鋁熔體在凝固過程中由于溶質(zhì)分配系數(shù)的差異,導(dǎo)致鑄錠內(nèi)外或上下各部位之間在化學(xué)成分上產(chǎn)生不均勻現(xiàn)象,即宏觀偏析。宏觀偏析的出現(xiàn)不僅對鑄錠的性能有不良的影響,而且增加了鑄錠產(chǎn)生熱裂的傾向,同時對后續(xù)熱處理工藝和制品的最終性能有不同程度的影響。本文在7050鋁合金半連續(xù)鑄造過程中引入超聲外場,旨在通過控制液相的流動來達到抑制宏觀偏析的目的,主要研究內(nèi)容包括以下幾方面:
　　 1、通過進行7050鋁合

2、金的半連續(xù)鑄造實驗,描述了7050鋁合金鑄錠中的宏觀偏析現(xiàn)象及微觀組織形貌,通過SPECTRO-MAXx立式直讀光譜儀和Leica金相顯微鏡對不同超聲功率段的鑄錠進行徑向測量和觀察,實驗結(jié)果表明:熔體超聲處理后的鑄錠組織變得細小,混晶減少,溶質(zhì)元素Zn、Mg、Cu在鑄錠徑向均呈明顯的逆偏析現(xiàn)象,熔體超聲處理后的鑄錠逆偏析得到弱化,在實驗儀器所提供的超聲功率內(nèi),功率越大,偏析弱化效果越明顯,在240W超聲功率作用下,Zn、Mg、Cu的偏析

3、比由未加超聲時的1.243、1.158和1.19降低為1.086、1.098和1.11。
　　 2、針對7050鋁合金半連續(xù)鑄造實驗過程中產(chǎn)生的逆偏析行為,對其形成機制及物理模型進行闡述,研究7050鋁合金的半連續(xù)鑄造過程中,采用超聲波進行晶粒細化并控制液穴深度,實現(xiàn)對凝固組織和成分偏析控制的技術(shù)和相關(guān)原理,由鑄錠收縮導(dǎo)致溶質(zhì)在枝晶間的橫向流動減弱;兩相區(qū)液固相相對運動減弱;懸浮晶粒的長大被抑制是超聲弱化宏觀偏析的主要原因。

4、r>　　 3、比較鋁合金普通半連鑄技術(shù)和超聲半連續(xù)鑄造技術(shù)所得的鑄錠試樣,研究超聲外場對顯微組織、合金元素晶內(nèi)固溶度的影響,并分析其作用機理。實驗結(jié)果表明:超聲明顯細化了晶粒,顯著提高了合金元素在晶內(nèi)的固溶度,減小了微觀偏析程度,相對于未加超聲制備的鑄錠,溶質(zhì)元素Zn、Mg和Cu的晶內(nèi)相對固溶度分別由63.5％、50％和38.4％提高為85.7％、87.6％和61.7％,強化了合金元素在晶內(nèi)的固溶,使材料的機械性能得到顯著提高。

5、>　　 4、基于元胞自動機法耦合有限差分法原理,對坩堝實驗中7050鋁合金熔體經(jīng)超聲外場處理后的凝固組織進行微觀模擬,具體研究不同施振功率和冷卻方式對7050鋁合金微觀組織的作用規(guī)律,在實驗驗證的基礎(chǔ)上,對超聲細化晶粒的機制進行了說明。模擬和實驗結(jié)果表明:熔體超聲處理后的鑄錠,凝固組織得到明顯細化,組織形貌也由枝狀晶變成為細小等軸晶,超聲的空化效應(yīng)和聲流效應(yīng)使得形核率增加是晶粒細化的主要原因;在實驗功率范圍內(nèi),超聲功率為240W時細化