半固態(tài)漿料雙螺旋攪拌裝置設(shè)計及Al--Si合金的流場和溫度場的FEM分析.pdf

1、過共晶Al-Si合金具有質(zhì)量輕、耐磨性和耐腐蝕性好、熱膨脹系數(shù)低等諸多優(yōu)點，是制造活塞、發(fā)動機缸體襯套和汽車剎車盤等精密耐磨部件的優(yōu)質(zhì)材料。傳統(tǒng)的熔鑄法制備的過共晶Al-Si合金晶粒粗大，含有較多的樹枝晶，嚴(yán)重降低合金的力學(xué)性能和切削加工性能，限制了過共晶Al-Si合金的發(fā)展和應(yīng)用。有研究表明，固相分?jǐn)?shù)在30％～40％之間的半固態(tài)漿料凝固后容易得到晶粒細(xì)小、球形度高的合金組織，若能設(shè)計一套裝置，將高溫液態(tài)Al-Si合金澆注進去，通過調(diào)整

2、裝置的各項參數(shù)，使最終流出裝置的合金熔液固相分?jǐn)?shù)位于30％～40％之間，則可得到組織良好的過共晶Al-Si合金。
　　基于上述思想，本文設(shè)計了半固態(tài)漿料雙螺旋機械攪拌裝置，并選取Al-20％Si（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）作為研究對象，利用有限元方法(FEM)對裝置內(nèi)合金熔體冷卻過程中產(chǎn)生的溫度場和流場進行模擬，研究了螺旋桿轉(zhuǎn)速、冷卻水流量和攪拌桶傾斜角度三個因素對合金熔體溫度場和流場分布的影響，通過正交試驗法分析以上三個因素對晶粒尺寸大小的影響

3、，從而確定最優(yōu)的實驗參數(shù)，并制備出晶粒尺寸小于50μm的Al-Si合金樣品。
　　模擬研究表明:冷卻水流量越大、攪拌桶傾斜角度越小，合金熔體的溫降越大，螺旋桿轉(zhuǎn)速對溫度場的分布影響較小;合金熔體的溫度由入口向出口逐漸降低，攪拌桶底部的合金熔體較頂部的溫度高，等溫線朝合金熔體前進的方向凸出;合金熔體的速度由入口向出口先降低后升高，到達(dá)出口時的速度最高;出口處合金熔體固相分?jǐn)?shù)為30％～40％之間時得到的晶粒尺寸也相對較小，說明模擬的結(jié)

4、果與實驗結(jié)果符合較好。
　　正交試驗分析表明:冷卻水流量是影響晶粒尺寸的主要因素，螺旋桿轉(zhuǎn)速次之，攪拌桶傾斜角度對晶粒尺寸的影響最小;冷卻水流量和攪拌桶傾斜角度逐漸增大時，晶粒尺寸均先減小后增大;螺旋桿轉(zhuǎn)速逐漸升高時，晶粒尺寸逐漸減小，球形度逐漸升高，說明螺旋桿轉(zhuǎn)速越高越能有效地打碎合金熔液中的樹枝晶。
　　通過正交試驗分析得出的最優(yōu)實驗參數(shù)是:螺旋桿轉(zhuǎn)速為1400r/min、冷卻水流量為0.2kg/s、攪拌桶傾斜角度為15