橢圓旋扭管反復(fù)凝熔法制備半固態(tài)A356鋁合金漿料

通過多層噴射沉積技術(shù)制備了大尺寸a356鋁合金管坯,采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、x射線衍射儀和拉伸試驗機(jī)等分析了管坯的組織特征及后續(xù)軋制和熱處理對管坯組織與力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:噴射沉積a356鋁合金管坯的組織細(xì)小,但含有少量孔隙,第二相主要為近球形共晶硅和短棒狀富鐵相;噴射沉積管坯為大量霧化熔滴粘結(jié)而成,通過適當(dāng)?shù)能堉坪蜔崽幚砜梢韵练e坯中的孔隙和原始粉體界面強度弱等缺陷,提高其力學(xué)性能。

為了解決擠壓鑄造a356鋁合金重載車輪模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計并確保安全可靠,通過對擠壓鑄造機(jī)的結(jié)構(gòu)及動作的分析,確定了模具合模、開模的動作方式,并在側(cè)模的外側(cè)增加側(cè)模外殼體,防止擠壓鑄造加壓時鋁液飛濺。通過側(cè)模與底模板、側(cè)模外殼體合理的連接機(jī)構(gòu),并且側(cè)模與側(cè)模外殼體配合面的上部直徑大于下部直徑。通過底模的上、下運動可帶動側(cè)模旋轉(zhuǎn)開、合模。鑄件隨上模上行與側(cè)模脫模,然后推料環(huán)推出鑄件,從上模脫模。解決了模具合模、開模以及鑄件脫模的問題,從而確定了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

為了解決擠壓鑄造a356鋁合金重載車輪模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計并確保安全可靠,通過對擠壓鑄造機(jī)的結(jié)構(gòu)及動作的分析,確定了模具合模、開模的動作方式,并在側(cè)模的外側(cè)增加側(cè)模外殼體,防止擠壓鑄造加壓時鋁液飛濺。通過側(cè)模與底模板、側(cè)模外殼體合理的連接機(jī)構(gòu),并且側(cè)模與側(cè)模外殼體配合面的上部直徑大于下部直徑。通過底模的上、下運動可帶動側(cè)模旋轉(zhuǎn)開、合模。鑄件隨上模上行與側(cè)模脫模,然后推料環(huán)推出鑄件,從上模脫模。解決了模具合模、開模以及鑄件脫模的問題,從而確定了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

采用低壓鑄造a356鋁合金輪轂進(jìn)行試驗,在固溶時間和時效時間不變的條件下,對同一批次的輪轂毛坯進(jìn)行不同固溶溫度和時效溫度的分析。結(jié)果表明,輪轂在555℃固溶溫度下進(jìn)行連續(xù)熱處理將產(chǎn)生過燒,在545℃固溶+150℃時效和550℃固溶+150℃時效下得到的鑄件性能較好。

鋁合金輪轂作為汽車輕量化的重要零部件,對其成形工藝和性能提出了更高的要求。采用adstefan模擬軟件探索用液壓機(jī)加壓鑄造的方法制造a356鋁合金輪轂的最佳工藝。對比分析了不同模具溫度、澆鑄溫度對鑄件充型完整性的影響,并且預(yù)測了易發(fā)生缺陷的位置。結(jié)果表明450℃左右的模具溫度,650～700℃的澆鑄溫度有利于充型完整。

針對某b5后橋a356鋁合金支承座臺架試驗早期斷裂的問題,采用宏觀分析、化學(xué)成分分析和掃描電鏡斷口觀察等方法對支承座的斷裂原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:由于該支承座受到意外擠壓而造成其在加強筋處表面產(chǎn)生一較小的凹坑,由此形成的應(yīng)力集中使零件在隨后的臺架試驗中很快在此處萌生裂紋源;同時由于該支承座在裂紋源附近存在大面積的疏松缺陷,使得已形成的裂紋源快速疲勞擴(kuò)展,直至最后斷裂。最后提出了改進(jìn)的措施。

對擠壓鑄造a356鋁合金汽車輪轂進(jìn)行了模擬。根據(jù)輪轂不同位置的凝固時間,分析得出了輪轂不同位置的凝固方式,并試驗研究了擠壓鑄造下輪轂不同位置的組織不均勻性。得出輪轂不同位置的組織與凝固方式的關(guān)系:急冷區(qū)的凝固方式為逐層凝固,晶粒尺寸與組織分布較為均勻;壓力結(jié)晶區(qū)的凝固方式為同時凝固,組織分布均勻,晶粒圓整;急冷區(qū)和壓力結(jié)晶區(qū)之間的區(qū)域的凝固方式屬于糊狀凝固,晶粒尺寸與組織分布不均勻,共晶si大量偏聚在晶界處。

氣流攪拌法是半固態(tài)漿料制備中較為高效且經(jīng)濟(jì)的方法。其原理是利用氣體攪動金屬液,產(chǎn)生激冷和強烈對流作用來制備非枝晶的半固態(tài)漿料。綜述了氣流攪拌技術(shù)的特點、原理和實質(zhì),以及當(dāng)前氣流攪拌法制備鋁鎂合金漿料的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀,同時也介紹了氣流攪拌方法在半固態(tài)成形中的應(yīng)用。

在不同的應(yīng)力幅值下,測試了a356鑄造鋁合金的單軸疲勞壽命,對該合金的高周疲勞區(qū)、低周疲勞區(qū)以及過渡區(qū)進(jìn)行了劃分。分析了合金在循環(huán)加載過程中,應(yīng)變變化的特點。對疲勞試樣的斷口進(jìn)行了掃描電鏡觀察,闡述了疲勞斷裂的特點。edx能譜分析發(fā)現(xiàn)斷口中的夾雜物主要為鐵的氧化物和高硅顆粒,并在疲勞過程中被剝離。

2013年1月，由昆明市科技局主持，邀請有關(guān)專家組成驗收專家組，對云鋁公司承擔(dān)的昆明市科技計劃項目“輪帶式鑄造a356鋁合金生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)”進(jìn)行了專項驗收。驗收專家組對照項目合同，進(jìn)行了現(xiàn)場考察，審閱了項目驗收材料，經(jīng)質(zhì)詢后聽取了公司對項目實施情況的匯報，最終一致認(rèn)定項目完成了合同書中規(guī)定的研究開發(fā)內(nèi)容，同意該項目通過驗收。

采用低壓鑄造的方法,通過兩種不同的冷卻工藝制備出了a356鋁合金輪轂。論文主要研究了兩種不同冷卻工藝下,所制輪轂的缺陷分布、缺陷種類和缺陷比率,以及缺陷比率對輪轂力學(xué)性能的影響,并分析了二次枝晶間距對輪轂力學(xué)性能的影響。研究表明,完全水冷工藝(同時凝固)所制輪轂缺陷較為嚴(yán)重,幾乎在輪轂各個部位均生成了縮松或夾雜,但由于完全水冷工藝使合金較快的冷卻,所制備合金的晶粒十分細(xì)小,這使得合金的力學(xué)性能比順序凝固工藝所制樣品更為優(yōu)良。

介紹半固態(tài)鋁合金的各種制備工藝,分析了近液相線半連續(xù)鑄造法制備半固態(tài)鋁合金的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,探討半固態(tài)初生球狀晶形成機(jī)理的研究現(xiàn)狀,指出近液相線半連續(xù)鑄造法具有廣闊的應(yīng)用前景。

研究了直接電解低鈦a356合金鍶變質(zhì)處理及其衰退行為對合金組織及性能的影響。結(jié)果表明,熔體細(xì)化處理與變質(zhì)處理存在交互作用,鍶含量增加,合金晶粒細(xì)化,二次枝晶臂間距減小,并且變質(zhì)效果越來越好。合金未變質(zhì)或未完全變質(zhì)時,共晶硅以不連續(xù)短棒狀為主;鍶含量增加至0.01%時,硅相形態(tài)發(fā)生突變,硅相完全變質(zhì),形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小珊瑚、蠕蟲狀結(jié)構(gòu)。最佳鍶含量范圍為0.02%～0.03%,t5熱處理后,硅相球化效果越好,可得到高的強韌性能指標(biāo)。鍶變質(zhì)衰退研究表明,延長保溫時間,合金晶粒明顯長大,保溫150min后共晶硅形態(tài)從完全變質(zhì)時的珊瑚狀又逐漸演變?yōu)榘魻罱Y(jié)構(gòu)。表明a356合金的細(xì)化效果和si顆粒的變質(zhì)效果均出現(xiàn)了不同程度的衰退,這與保溫過程中tial3質(zhì)點的溶解與沉淀以及sr的嚴(yán)重?zé)龘p有關(guān)。

采用原位反應(yīng)液相線鑄造法制備7075+x%tic(體積分?jǐn)?shù)x=0、0.8、1.0、2.0)半固態(tài)鋁合金坯料,選擇590℃對其進(jìn)行二次加熱實驗,保溫時間分別為5、20、30min,并與液相線鑄造7075鋁合金的相同條件下的組織相比,探索原位tic顆粒對液相線鑄造鋁合金組織的影響。結(jié)果表明,當(dāng)原位tic顆粒達(dá)到2%時,合金鑄態(tài)組織基本變成等軸晶;二次加熱后平均晶粒尺寸隨著保溫時間的延長具有長大現(xiàn)象,但是隨著原位tic顆粒的含量增加,長大幅度變小,顆粒抑制晶粒長大程度增強。

Al-Si粉末冶金材料與普通的鑄造鋁合金A356性能對比

以鐵路列車用大型鋁合金型材為應(yīng)用背景,運用鑄造-擠壓法以及微合金化技術(shù)制備了與之配用的er5356鋁合金焊絲。利用om、tem、sem-eds和tg-dta等手段,重點研究了微合金化和均勻化后焊絲合金的微觀組織及性能。結(jié)果表明,添加cr、mn、ti、b等微量合金元素后,晶粒細(xì)小,合金強度得到提高;經(jīng)480℃24h均勻化處理后,組織得到改善,合金中枝晶偏析基本消除,非平衡凝固形成的多相組織基本上轉(zhuǎn)變成均勻化組織。焊接工藝性試驗表明,該焊絲滿足自動化mig使用要求,焊縫性能良好。

采用粉末冶金法制備鋁合金釬料,研究了粉坯壓制力、燒結(jié)過程及熱擠壓工藝對鋁合金釬料相對密度的影響規(guī)律。結(jié)果表明:提高壓制力能使粉坯密度增大,燒結(jié)過程難以使粉坯致密化,而熱擠壓能夠大幅度提高材料的密度,其最大相對密度達(dá)到96.7%。

通過機(jī)械攪拌半固態(tài)成形技術(shù)制備鋁鉛系難混溶合金。研究了溫度對該合金鉛顆粒晶粒尺寸和分布及固相率的影響。微觀結(jié)構(gòu)觀察表明:通過強力的機(jī)械攪拌,可以把鋁鉛合金中的鉛顆粒彌散均勻分布于基體合金中。隨著溫度的降低:合金的固相率增大,從630℃開始凝固到585℃合金固相率升到67%,呈非線性變化;初生α-al顆粒在機(jī)械攪拌的作用下變得圓整;鉛顆粒粒度趨于減小,分布分布趨于均勻、一致,與溫度之間同樣呈非線性變化;合金中鉛含量測試表明,鉛的含量處于5.80%左右。說明可利用機(jī)械攪拌結(jié)合半固態(tài)成形技術(shù)制備鋁鉛系難混溶合金。

采用綜合熱分析(dta)、掃描電鏡(sem)、能譜分析(eds)和金相顯微鏡,研究了7a09鋁合金三種狀態(tài)(原擠材、電磁攪拌法制備半固態(tài)和sima法制備半固態(tài))下的熔點、表面微區(qū)范圍組織結(jié)構(gòu)及形貌特征,并在375～500℃溫度范圍內(nèi),對晶粒尺寸在50～80μm之間的半固態(tài)坯料進(jìn)行了最大m值法超塑性拉伸實驗。試驗結(jié)果表明,在400℃時,7a09鋁合金原擠材最大伸長率為119%;在450℃時,電磁攪拌法半固態(tài)坯料最大伸長率為152%;在400℃時,sima法半固態(tài)坯料最大伸長率為140%。

鋁合金在汽車副車架得到了廣泛應(yīng)用。本文采用脈沖焊方法,以er5554焊絲作為填充材料,對鑄造鋁合金a356進(jìn)行了焊接試驗研究,為汽車鑄造鋁合金副車架設(shè)計和焊接提供理論指導(dǎo)。采用田口正交試驗的方法,針對焊接電流、焊接速度、間隙、焊槍傾角及干伸長5個焊接參數(shù),設(shè)計了5因素3水平的正交試驗方案。利用光學(xué)顯微鏡與拉伸試驗機(jī)對焊縫的成形及接頭的力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,焊接電流、焊接速度與間隙對焊縫熔寬、余高與根部側(cè)壁熔合有顯著影響;間隙對焊縫根部側(cè)壁熔合影響最大,過小的間隙容易造成焊縫根部未熔合,會極大地降低接頭抗拉強度。

采用gleeble3800熱模擬試驗機(jī),對近液相線半連續(xù)鑄造方法制備的6063鋁合金半固態(tài)坯料進(jìn)行了熱模擬壓縮試驗,變形溫度為888～903k,應(yīng)變速率為0.1～5.0s-1,研究了變形溫度和應(yīng)變速率對變形行為的影響。結(jié)果表明,半固態(tài)鋁合金的流動應(yīng)力隨變形溫度的升高而降低,隨應(yīng)變速率的增大而增大。變形溫度和應(yīng)變速率對峰值應(yīng)力的影響較穩(wěn)態(tài)應(yīng)力顯著。合金觸變壓縮流變應(yīng)力的雙曲正弦對數(shù)項與熱力學(xué)溫度倒數(shù)之間滿足線性關(guān)系,流變應(yīng)力與流變速率之間滿足雙曲正弦關(guān)系式。以半固態(tài)觸變壓縮試驗結(jié)果為基礎(chǔ),建立了6063鋁合金的半固態(tài)本構(gòu)關(guān)系:σ=e(35.3183-0.03651t)ε-0.07075ε0.05982,通過計算結(jié)果與試驗結(jié)果的比較可知,該模型具有較高的精度。

在cacl2-caf2體系中,以cao為電解原料,采用液態(tài)鋁陰極法生產(chǎn)鋁鈣中間合金。采用熔鹽電解監(jiān)控儀測量電解過程中的反電動勢、槽電壓、電流等工藝參數(shù)及電解波形圖,通過電位控制法調(diào)節(jié)cao的加料周期,同時根據(jù)所得合金產(chǎn)品中的鈣含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))探討影響電流效率的因素。結(jié)果表明:反電動勢隨電流密度增加而增大,通過控制電位法測得加料周期為30min;在740℃、電流為7a的條件下,電解1h可制取鈣含量為11.6%的鋁鈣合金,電流效率可達(dá)67.3%。