冷卻斜管工藝對(duì)A357合金凝固組織影響

文章編號(hào):10071385(2010)01000503 a357鑄造鋁合金拉伸性能研究 解傳浩陳振中 (沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院航空宇航工程學(xué)院,遼寧沈陽(yáng)110136) 摘要:研究了a357鑄造鋁合金經(jīng)t5/t6熱處理后在室溫條件下的拉伸性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: 在室溫條件下,a357-t5鑄造鋁合金的力學(xué)性能略好于a357-t6鑄造鋁合金。a357鑄造鋁合 金的力學(xué)性能明顯優(yōu)于a356鑄造鋁合金。拉伸斷口分布鑄造缺陷、韌窩及二次裂紋。 關(guān)鍵詞:a357鑄造鋁合金;拉伸;力學(xué)性能;斷口 中圖分類號(hào):v257文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a 鋁硅系鑄造鋁合金鑄造流動(dòng)性好、氣密性好、 收縮率小和熱裂傾向小等特點(diǎn),經(jīng)過變質(zhì)和熱處 理后,具有良好的力學(xué)性能、物理性能、耐腐蝕性 能和較好的機(jī)械加工性能,在汽車和航空工業(yè)

研究了mg-12sm合金在不同冷卻條件和添加zr元素前后凝固組織的變化規(guī)律,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水冷模具澆注下冷卻速度提高,晶粒細(xì)化,二次枝晶臂間距減小,晶間共晶組織體積變小,但總體積分?jǐn)?shù)和分布并沒有明顯改變;添加0.1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))zr后,晶粒明顯細(xì)化,樹枝晶轉(zhuǎn)化為等軸晶,二次枝晶臂間距減小,晶間共晶組織體積分?jǐn)?shù)增大,共晶組織形貌和分布沒有明顯變化;mg-12sm和mg-12smzr合金水冷后mg基體中sm含量降低。

利用低壓鑄造和差壓鑄造兩種工藝制取了a357試樣,分別在150、165、180和200℃溫度下,研究了不同時(shí)效溫度下硬度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明,鑄態(tài)下,低壓鑄造試樣和差壓鑄造試樣硬度均值相差不大,但差壓鑄造試樣硬度分布較為均勻。固溶處理后,兩者的硬度均下降20%左右。人工時(shí)效開始后,鑄造工藝對(duì)硬度的影響在鑄件上顯現(xiàn)出來(lái),差壓鑄造試樣的測(cè)試結(jié)果均高于低壓鑄造試樣;而且,在165和200℃人工時(shí)效溫度下,低壓鑄造試樣和差壓鑄造試樣硬度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)有所不同。

介紹了a357鑄造鋁合金的特點(diǎn)和a357合金法蘭鑄件的技術(shù)要求。通過對(duì)原材料的準(zhǔn)備和配制，熔煉、精煉和澆鑄過程及鑄件熱處理工藝的控制，生產(chǎn)出了高品質(zhì)的a357鋁合金法蘭鑄件。經(jīng)檢測(cè)，法蘭的性能滿足技術(shù)要求。

該文研究了a357鑄造鋁合金在t5/t6兩種熱處理?xiàng)l件、應(yīng)力比為0.05和0.7時(shí)的疲勞裂紋擴(kuò)展行為,并用裂紋偏折模型對(duì)裂紋擴(kuò)展速率曲線進(jìn)行修正。研究結(jié)果表明,裂紋沿著樹狀晶邊界擴(kuò)展導(dǎo)致顯著的裂紋偏折。在t5/t6兩種熱處理?xiàng)l件下,應(yīng)力比r=0.05時(shí)的裂紋擴(kuò)展速率均遠(yuǎn)小于應(yīng)力比為0.7時(shí)的裂紋擴(kuò)展速率,熱處理方式對(duì)裂紋擴(kuò)展速率沒有影響。應(yīng)力比r=0.7時(shí),偏折裂紋模型修正后的裂紋擴(kuò)展速率沒有明顯變化;而應(yīng)力比r=0.05時(shí),偏折裂紋模型修正后的裂紋擴(kuò)展速率較修正前有顯著增加。裂紋發(fā)生偏折時(shí),采用同時(shí)考慮i型和ii型裂紋的裂紋尖端有效應(yīng)力強(qiáng)度因子描述裂紋擴(kuò)展速率更合理也更準(zhǔn)確。

針對(duì)變速箱箱體的結(jié)構(gòu)及其成形工藝進(jìn)行了分析,制定了間接擠壓鑄造工藝方案。在用立式擠壓鑄造機(jī)scv-2000生產(chǎn)的鑄件上發(fā)現(xiàn)冷夾層和縮孔、縮松缺陷。經(jīng)過模具優(yōu)化設(shè)計(jì),采用帶有集渣腔的澆口套和局部加強(qiáng)型芯,消除了內(nèi)澆口附近箱壁上的冷夾層和縮孔、縮松等缺陷。微觀組織和力學(xué)性能檢測(cè)得知,其抗拉強(qiáng)度為317mpa,伸長(zhǎng)率為6.1%,硬度(hbs)為99,滿足使用要求。x射線探傷結(jié)果表明,鑄件組織致密,無(wú)氣孔、縮孔、縮松等缺陷。

以mg-hg-x合金為研究對(duì)象,利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電化學(xué)測(cè)試儀等研究了不同鑄造凝固速度對(duì)鎂合金陽(yáng)極經(jīng)混合酸侵蝕后顯微組織、電化學(xué)性能和腐蝕速率的影響。結(jié)果表明,mg-hg-x合金中mg、hg形成的第二相化合物組成隨合金鑄造凝固速度變化而改變,緩慢凝固主要形成mg3hg相,快速凝固主要形成mg2hg相;同時(shí)隨鑄造凝固速度加快,mg-hg-x合金材料腐蝕速率有所降低,電極電位正移。

研究了稀土la對(duì)鋁鎂合金凝固區(qū)間和微觀組織的影響。結(jié)果表明,la對(duì)鋁鎂合金凝固區(qū)間和微觀組織有明顯的影響。加入la,合金凝固區(qū)間變大、凝固時(shí)間增加,合金流動(dòng)性能得到改善。la的加入對(duì)合金有變質(zhì)作用,晶粒數(shù)量增多,尺寸變小,形貌圓整。

對(duì)a356鋁合金分別采用真空低壓消失模殼型鑄造及消失模鑄造工藝進(jìn)行鑄造,并對(duì)鑄造后鋁合金組織和性能進(jìn)行觀察對(duì)比。結(jié)果表明:鋁合金實(shí)施真空低壓消失模殼型鑄造組織細(xì)小、密度優(yōu)于消失模鑄造,并且實(shí)施t6熱處理之后抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率以及布氏硬度也顯著高于消失模鑄造工藝。真空低壓消失模殼型鑄造工藝?yán)鞌嗔讯酁轫g性斷口,消失模鑄造工藝?yán)鞌嗔讯酁榇嘈詳嗫凇Ｒ虼?真空低壓消失模殼型鑄造工藝鋁合金組織性能優(yōu)于消失模鑄造工藝。

研究了高壓下凝固ti-48al合金片層間距及其力學(xué)性能的變化。結(jié)果表明,壓力下凝固時(shí),隨著凝固壓力的增加擴(kuò)散系數(shù)降低,從而引起片層增厚速度的降低,即片層間距的減小。在常壓、2gpa、4gpa下凝固時(shí),片層間距的平均值分別為495,345,227nm。片層組織的顯微硬度隨著凝固壓力的增加而增加。該實(shí)驗(yàn)為細(xì)化片層間距提供了一種新的方法。

以工業(yè)純鋁、al-2.5%si合金、al-5%si合金以及al-7%si合金為對(duì)象,分別研究了保溫條件下超聲波處理對(duì)其凝固組織的影響。結(jié)果表明,在保溫條件下,溶質(zhì)si的含量對(duì)超聲波處理后鑄錠的凝固組織有直接的影響。在694℃無(wú)超聲波處理時(shí),溶質(zhì)si含量大的鑄錠,等軸晶細(xì)小且分布均勻;而在相同條件下進(jìn)行超聲波處理時(shí),隨著溶質(zhì)si含量的增多,等軸晶區(qū)域也隨之增大,由于隨著溶質(zhì)si含量的增多,細(xì)小的二次枝晶以及三次枝晶很容易被聲流的攪拌作用所分?jǐn)?并且破碎的枝晶隨著這種攪拌作用而被分散到熔體的各處,從而產(chǎn)生了細(xì)化效果。另外,由于超聲波的空化作用,對(duì)純鋁也有一定的細(xì)化效果,但是不如對(duì)合金的明顯。

利用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制mg15al二元高鋁鎂合金凝固過程,以期獲得均勻細(xì)小的等軸晶,使合金后續(xù)的等通道擠壓能順利進(jìn)行。通過om、sem、eds測(cè)試手段研究了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)合金凝固組織及溶質(zhì)分配的影響。結(jié)果表明:旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)主要通過與金屬液流相互作用引起強(qiáng)烈的旋流而產(chǎn)生攪拌作用來(lái)影響合金的溫度場(chǎng)與溶質(zhì)場(chǎng)的分布,故能夠顯著細(xì)化mg15al二元高鋁鎂合金組織中的初晶α-mg,促進(jìn)al在初晶α-mg中的固溶,但對(duì)于在凝固末期才形成的共晶組織而言,由于凝固末期所剩液相形不成有效流動(dòng),其形態(tài)受旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)影響不大。隨勵(lì)磁電壓增大,晶粒細(xì)化效果增加,勵(lì)磁電壓為60v時(shí),晶粒細(xì)化效果最佳,al在初晶α-mg中固溶量最高,勵(lì)磁電壓繼續(xù)增加,由于磁場(chǎng)感生熱增加將弱化二次冷卻,使晶粒細(xì)化效果下降。

研究了波浪型傾斜板振動(dòng)參數(shù)對(duì)al-6si-2mg合金凝固組織的影響,結(jié)果表明:傾斜板的傾角和長(zhǎng)度影響合金在斜板表面的流動(dòng)剪切強(qiáng)度和剪切時(shí)間,從而影響合金的組織.當(dāng)澆注溫度為660-690℃時(shí),隨著澆注溫度的降低,合金晶粒細(xì)化和球化,平均晶粒直徑為40μm,晶粒平均圓度值為2.5;澆注溫度低于660℃時(shí),晶粒有粗化和枝晶化的趨勢(shì).傾斜板的振動(dòng)作用使表面形成的晶核離開表面進(jìn)入熔體中,有效地減少了晶粒之間的粘連,解決了結(jié)殼問題,提高了形核率,細(xì)化了組織;隨著傾斜板振動(dòng)頻率的提高,晶粒的平均圓度先降低后提高,振動(dòng)頻率為50-60hz出現(xiàn)最小值.傾斜板的波浪形表面對(duì)流動(dòng)的金屬具有攪拌作用,增大了熔體內(nèi)部的剪切作用,使晶粒更加細(xì)小圓整.

淬火工藝對(duì)冷激合金鑄鐵挺桿金相組織的影響

第三章：金屬及合金的凝固與組織 1．凝固與結(jié)晶：金屬和合金由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固，凝固的過程主要是晶體或晶粒的生成和 長(zhǎng)大過程，所以也稱結(jié)晶。 2．同分結(jié)晶：結(jié)晶出的晶體和母液的化學(xué)成分完全一樣，或者說(shuō)在結(jié)晶過程中只發(fā)生結(jié)構(gòu)改組而無(wú)化學(xué) 成分的變化。 3．異分結(jié)晶：結(jié)晶出的晶體和母液的化學(xué)成分不一樣，或者說(shuō)在結(jié)晶過程中，成分和結(jié)構(gòu)同時(shí)都發(fā)生變 化，也稱選分結(jié)晶。 4．勻晶結(jié)晶：結(jié)晶過程中只產(chǎn)生一種晶粒，結(jié)晶后的組織有單一的均勻晶粒所組成，即得到單相組織。 5．非勻晶結(jié)晶：結(jié)晶時(shí)由液體中同時(shí)或先后形成兩種或兩種以上的成分和結(jié)構(gòu)都不相同的晶粒。 6．凝固過程的宏觀特征：液體必須具有一定的過冷度（實(shí)際凝固溫度與其熔點(diǎn)的差值），凝固才能自發(fā)進(jìn) 行，凝固只能在過冷液體中進(jìn)行；凝固過程中伴隨著潛熱的釋放，這種潛熱稱為結(jié)晶潛熱。 7．晶核的自發(fā)形成——均勻形核 8．非均勻形核

用不同的脈沖電流對(duì)hrb335螺紋鋼進(jìn)行孕育處理,研究了不同的電脈沖參數(shù)對(duì)其宏觀組織和微觀組織的影響。結(jié)果表明,將處理過的鋼液在保溫磚中冷卻,晶粒明顯得到了細(xì)化,枝晶大大減少,經(jīng)過電脈沖處理后的hrb335螺紋鋼的珠光體形態(tài)發(fā)生了顯著的變化,片層間距明顯縮短。

鑄造工藝對(duì)鋁合金微觀組織和力學(xué)性能具有重要影響,真空低壓消失模殼型鑄造工藝、消失模鑄造工藝、熱等靜壓鑄造工藝在鋁合金鑄造過程中具有不同的特點(diǎn),通過光學(xué)顯微鏡等設(shè)備可以從組織和性能上的優(yōu)劣進(jìn)行區(qū)分,本文從真空低壓消失模殼型鑄造工藝、消失模鑄造工藝、熱等靜壓鑄造工藝入手,借助檢測(cè)和觀察結(jié)果分析鑄造工藝對(duì)鋁合金組織、斷裂模式、性能的影響,為我國(guó)合金工藝的發(fā)展提供建設(shè)性建議,推動(dòng)合金鑄造領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。

本文以焦作萬(wàn)方的鑄棒生產(chǎn)工藝為例，通過與傳統(tǒng)的扁錠熔鑄生產(chǎn)工藝進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)鑄棒產(chǎn)品的化學(xué)成分和微觀組織進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明：鑄棒產(chǎn)品99．8％以上無(wú)夾渣、氣孔、縮松及宏觀偏析等缺陷，晶粒細(xì)小均勻，晶粒度均達(dá)到一級(jí)，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良，對(duì)提高下游壓鑄企業(yè)的鑄件成品率影響顯著。同時(shí)本文對(duì)改進(jìn)工藝后的高品質(zhì)鑄造鋁合金產(chǎn)品應(yīng)用情況進(jìn)行了分析和展望。

采用普通凝固技術(shù)在mg-zn-y合金中制備出穩(wěn)定態(tài)準(zhǔn)晶相mg30zn60y10。通過光學(xué)顯微鏡、x射線衍射儀、能譜分析儀、掃描電鏡和透射電鏡顯微分析技術(shù),確定準(zhǔn)晶的組織、相成分及結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明:由于合金成分不同,導(dǎo)致基體組織不同并使準(zhǔn)晶的形貌、分布、數(shù)量等存在差異;隨y含量的增加,準(zhǔn)晶相含量逐漸增加,分布逐漸均勻化,且形貌發(fā)生較大變化;當(dāng)y含量(摩爾分?jǐn)?shù))小于3%時(shí),基體組織為mg7zn3;當(dāng)y含量達(dá)到3.5%時(shí),基體為組織mgzn。

以鋁合金鑄件罐體為例,研究了其結(jié)構(gòu)、型砂選擇、澆注系統(tǒng)等因素對(duì)該鑄件質(zhì)量的影響。結(jié)果表明,對(duì)于外形尺寸較大、尺寸精度要求高、氣密性和粗糙度要求較高的鋁合金鑄件,宜采用樹脂砂造型,采用對(duì)包、四個(gè)冒口縫隙式澆注系統(tǒng)。

采用不同時(shí)效工藝對(duì)建筑6061-sr鋁合金壁板試樣進(jìn)行了處理,并進(jìn)行了力學(xué)性能、耐磨損性能和抗高溫氧化性能的測(cè)試與分析。結(jié)果表明,超聲振動(dòng)輔助時(shí)效明顯提高試樣的力學(xué)性能、耐磨損性能和抗高溫氧化性能。與120℃常規(guī)時(shí)效相比,其壁板的抗拉強(qiáng)度增大20.5%,屈服強(qiáng)度增大23.4%,斷后伸長(zhǎng)率增大20.9%,磨損體積小52.8%,質(zhì)量增加率減小48.4%。時(shí)效工藝優(yōu)選為超聲振動(dòng)輔助時(shí)效。

研究了含mn量對(duì)共晶al-2%fe合金組織的影響。結(jié)果表明,在al-2%fe合金中加入mn后,其組織中出現(xiàn)了先析相(femn)al6,且隨著mn量的增加,先析相的數(shù)量增加,當(dāng)mn量增加到一定程度后,先析相出現(xiàn)發(fā)達(dá)的分枝。文中還對(duì)mn的影響機(jī)理進(jìn)行了探討。