相變致冷凝固的鋁合金及銅基大塊非晶組織與性能研究.pdf

1、相變致冷技術是一種新的凝固技術，它是采用銅模鑄造的方法，用相變材料作為冷卻介質，利用相變材料在相變過程中吸收的潛熱對熔體進行冷卻的一種技術。本文采用此種凝固技術，制備了鑄造A356鋁合金和銅基大塊非晶合金。
　　本文利用Ansys軟件對相變致冷技術中的鑄件和鑄型溫度場進行模擬。模擬結果表明，熔體的冷卻速度隨著相變介質的種類和體積的變化而變化。對于Na、Sn和Zn三種相變介質來說，采用介質Na使熔體獲得的冷卻速度最高，Sn次之，Zn

2、最弱，這些是由介質不同的熱物性所造成的。鑄件冷卻曲線和介質升溫曲線的模擬結果與實驗結果相比基本吻合。
　　對A356合金的研究結果表明，凝固條件對合金的組織是有影響的。介質對合金的細化效果依Na、Sn、Zn的次序依次減弱，而銅模對鑄件的細化能力在Na和Sn之間。鑄件與介質體積比不同，細化效果也不同。隨著鑄件與介質體積比的增加，合金的組織先逐漸細化，而后又逐漸粗化，介質與鑄件的體積比對合金的細化效果存在一個最佳值。當其體積比為5.2

3、5時，合金的組織最細小。變質劑與細化劑對合金的組織也有影響。對于采用相變致冷方法制備的A356合金，單獨加入Al-10％Sr變質劑（加入量為0.04%）及單獨加入Al-5%Ti-B細化劑（加入量為0.03%）時，合金的組織顯著細化，顯微硬度也明顯提高。與單獨加入變質劑和細化劑相比，同時加入變質劑和細化劑時，加入量的最佳值發(fā)生變化，這是由于變質劑和細化劑形成了化合物，合金組織的細化效果減弱。
　　與銅模冷卻方法相比，相變致冷方法可以

4、細化合金的鑄態(tài)組織。DSC和XRD的研究結果表明，在用銅模冷卻方法制備的樣品中，Si在α-Al中的固溶度為2.4at.%，在用相變致冷方法制備的樣品中，Si在α-Al中的固溶度為2.7at.%，合金的強度提高了22.9%，伸長率提高了33.3%。對合金的熱處理研究結果表明，傳統(tǒng)的T6和T5工藝可以不經過固溶處理，而是直接對合金進行時效處理，最佳的T6處理工藝為：175℃×8h，最佳的T5處理工藝為：140℃×4h，其斷裂強度分別320M

5、Pa和305MPa。
　　對銅基大塊非晶的研究結果表明，用相變致冷方法可以制備出Φ4mm的Cu50Zr40Ti10和Φ5mm的Cu47.5Zr47.5Al5大塊非晶合金。差示掃描量熱分析研究結果表明，這兩種大塊非晶合金的晶化過程都是一種依賴于升溫速率的動力學過程。
　　采用原位高溫X射線衍射分析對Cu50Zr40Ti10大塊非晶合金在連續(xù)加熱條件下的晶化過程進行了研究，結果表明：Cu50Zr40Ti10大塊非晶合金在連續(xù)加熱