浇注温度对半固态al2o3_2a14al复合材料组织的影响毕业论文(编辑修改稿)

浇注温度对半固态al2o3_2a14al复合材料组织的影响毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

要解决浆料质量过程控制所涉及的许多问题 [19]。 因此 ,在开拓流变成形技术的同时 ,应该更加重视触变成形技术的推广应用 ,尽快将这项极具潜力的工艺技术应用到实际生产中将具有更为现实意义。 为了实现这一目标 ,当前还需要尽快解决以下几个问题 [20]: ①半固态坯料质量及其稳定性是保证后续工艺稳定和最终产品质量的关键 ,因此需要尽快开发制备高质量大直径半固态坯料的制备技术 ,满足工业化 生产的需要。 ②进一步降低半固态坯料的生产制造成本 ,研究和开发多流半固态连续铸造技术 ,使半固态坯料的制造成本接近或达到普通连铸的水平。 ③研究开发适合不同零件需要的系列化二次加热设备 ,提高二次加热设备的自适应能力 ,解决坯料加热不均匀问题。 提高二次加热设备的自动化程度 ,以提高生产效率。 ④研究开发半固态触变锻造成形技术 ,研究不同铝合金材料的触变成形工艺 ,促进高硅铝合金、变形铝合金在半固态加工中的应用 ,以满足汽车工业对高强、高耐磨零部件的需求。 ⑤研究开发适合半固态触变压铸成形的专用压铸机 ,特别是专用的压铸模具 ,以提高半固态材料的有效利用率。 ⑥开发适合半固态专用的合金体系。 .17. ２ 实验方法和过程 . 实验设备与材料 设备：锯齿、砂轮机、坩埚电阻炉、预磨机、抛光机、吹风机、显微镜。 材料： 2A14 铝合金，金相砂纸、抛光粉、抛光布、浸蚀剂、棉球、酒精，三氧化二铝粉末。 . 实验内容与步骤 第一步原料准备 条状 2A14 铝合金 1 块，锯齿 1 把，锯条数条，盐酸溶液，硝酸溶液，100ml 量筒 1 个，漏斗一个，抛光粉，激冷浇道，抛光布，金相砂纸若干，棉球，三氧化二铝粉末等材料，为铝合金的熔炼 变质处理 半固态浆料制备 半固态坯料激冷做准备。 第二步 :铝合金熔炼 将锯好的试样放入 KSWK4D11 型电阻炉温度控制器控制熔炼温度；浇注温度分别为 678℃， 688℃， 700℃， 710℃。 当井式电炉中的 2A14铝合金加热至设定温度并熔化后，在不同温度下保温一段时间，避免因为加热炉的加热惯性作用产生的温度不稳定，引起温度误差。 第三步 :变质处理 变质处理就是向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒。 第四步 :半固态浆料制备及坯料的激冷 利用自行设计的半固态试验装置进行半固态浆料的制备。 将加热到浇注温度分别为 678℃， 688℃， 700℃， 710℃的进行变质处理的熔化的 .18. 半固态液态金属液浇注到装置后，在制备半固态浆料的同时 ,向在浇注温度分别为 678℃， 688℃， 700℃， 710℃的熔化的液态金属中加入体积比为 10%的 Al2O3 作为颗粒增强剂 ,以获得半固态的铝基复合材料 ,达到提高材料性能的目的。 合金发生传热与流动，最后浇铸成型水中激冷，得到半固态合金浆料组织。 合金组织主要由细小的球形晶和攻瑰晶及残余液相成，在 合理的浇注温度条件下，制备的半固态合金浆料适于进行流变成形。 第五步：金相组织的制备 ①磨制：研磨的过程包括磨平、磨光、抛光 3 个步骤。 1． 磨平即粗磨 试样截取后，第一步进行粗磨，粗磨一般在落地砂轮上进行。 磨料粒度的粗细，对试样表面粗糙度和磨削效率有一定影响，粗磨时，还应注意蘸水冷却，防止组织变化。 2． 磨光即细磨 试样经粗磨后表面虽已平整，但还存在较深的磨痕及表面加工变形层，需要通过从粗到细的不同金相砂纸的磨制，把它们逐渐减轻，为进一步抛光做好准备。 金相砂纸是磨光金相试样的重要材料，一般采用的磨料为碳化硅和氧 化铝。 手工磨光试样时，砂纸应放在玻璃板上，依次用 280 号、 500 号、水砂纸、 0、 0 0 03 号金相砂纸磨光，每更换一道砂纸。 试样应转动 90 度 ，并使前一道的磨痕彻底去除。 除了手工细磨外，还可用金相试样预磨机机械细磨，但磨光时需注意用水冷却，避免磨面过热。 3． 抛光：抛光有机械抛光、电解抛光、化学抛光。 最常用的是机械抛光。 机械抛光在金相抛光机上进行。 抛光时，试样磨面应均匀的轻压在抛光盘上。 并将试样由中心至边缘移动。 并做轻微移动。 在抛光过程中要以量少次数多和由中心向外扩展的原则不断加入抛光微粉乳液，抛光应保持适 当的湿度，因为太湿降低磨削力，使试样中的硬质相呈现浮雕。 湿度太小，由于摩擦生热会使试样生温，使试样产生晦暗现象，其合适的抛光湿度是以提起试样后磨面上的水膜在 3～ 5 秒钟内蒸发完为准。 抛光压力不宜太大，时间不宜太长，否则会增加磨面的扰乱层。 粗 .19. 抛光可选用帆布、海军呢做抛光织物，精抛光可选用丝绒、天鹅绒、丝绸做抛光织物。 抛光前期抛光液的浓度应大些，后期使用较稀的，最后用清水抛，直至试样成为光亮无痕的镜面，即停止抛光。 用清水冲洗干净后即可进行浸蚀。 ②浸蚀剂的选取，试样的浸蚀； 选取王水作为侵蚀剂，王 水按照盐酸与硝酸为 3： 1 进行配置。 采取化学侵蚀方法。 样品侵蚀属于电化学侵蚀，晶粒之间、晶粒与晶界之间、各相之间甚至同一晶粒的不同部位之间，在化学侵蚀液中具有不同的电势，组成众多的微电池。 电势较低处形成电池的阳极，溶解较快；电势较高处形成阴极，溶解较慢。 其原因是抛光镜面在电化学侵蚀作用下，变得凹凸不平，从而对入射光线形成有选择的有规律的漫反射，显示出晶粒晶界、相和组织结构。 对于单相合金来说，可以显示晶界和晶粒位相。 同位相束中板条晶在金相侵蚀时以相同的方式受到侵蚀，在光学金相视场中形成均匀的块状结构。 对于多相合 金，相界具有类似的电化学效应，相界溶解较快。 在相界与相，相邻的相之间产生不同的侵蚀速度，在抛光表面形成凹洼或着色，显示出相和组织。 抛光表面在侵蚀前应该保持清洁，无水迹和油污。 不同的材料显示不同的组织，应该选择合适的侵蚀液。 侵蚀方法有表面侵入法和表面擦拭法。 操作时均应使侵蚀液均匀侵蚀样品表面，侵蚀时间的长短，依样品材料的不同而不同。 一般而言，组织越弥散越易侵蚀，淬火钢、合金元素含量高的材料、不锈钢等组织侵蚀时间宜长些。 侵蚀时间在相当程度上 取决于制作经验，一般侵蚀到表面稍微发暗即可。 侵蚀好的样品应立即用水冲洗干净，干燥后即可进行金相观察。 ③试样制备质量检验。 在光学显微镜下初步观察侵蚀完干燥后的材料组织，看是否符合实验要求。 第六步 :半固态组织分析 用 OLYMPUS GX51 倒置式系统金相显微镜分别拍摄了 678℃， .20. 688℃， 700℃， 710℃下浇注制备的半固态 Al2O3/2A14Al 复合材料试样的金相照片，然后分别观察其半固态 Al2O3/2A14Al 复合材料试样的组织。 . 实验目的 实验目的如下： ,变质处理。 、浸蚀的基本方法。 试验结果初步分析 试验结果如图 21，表明本研究方法是正确的。 图 21 678℃条件下浇铸的组织 .21. 由图可以看出 2A14 铝合金加入 10%Al2O3 添加剂的材料在 678℃条件下浇铸时组织，组织呈现出圆形，且排列的比较紧密，部分树枝晶被打断并球化。 .22. ３ 试验结果和分析 金属结晶时通过在液体金属在中形核和晶核长大着两个过程完成的，晶体长大的必要条件是需要过冷度。 在晶体长大过程中，位错可通过类似于多边化过程而合成小角度晶界。 位错就是在晶体长大期间由枝晶长大所引起的位向差。 不同浇注温度下半固态 Al2O3/2A14Al复合材料的组织 不同温度下 半固态 Al2O3/2A14Al复合材料试样 的金相组织照片如图31 (a)、 (b)、 (c)、 (d)所示： （ a） .23. （ b） （ c） .24. （ d） 图 31 不同浇注温度下半固态 Al2O3/Al复合材料的组织 （ a） 678℃（ b） 688℃（ c） 700℃（ d） 710℃ 如上面 4 图所示图中板块状的物质为初生 a 相，深色区域为共晶组织。 在不对合金保温时， 710℃浇注时的组织是初生 aAl 呈发达的树枝晶 ,枝晶臂很粗大 ,组织中只有极少量球状或粒状初生 α 相，如图（ d）所示；当浇注温度为 700℃时，合金金相组织中初生 aAl 仍呈发达的树枝晶形态 ,枝晶臂粗大 ,但要比 710℃时的要细小，组织中有少量的球状或粒状初生相 ,如图（ c）所示；浇注温度进一步降低到 688℃ ,显微组织发生明显的变化 ,初 生 α Al 变得很细 ,树枝晶减少 ,可以清楚地看到蔷薇状组织 ,球状或粒状初生相大量出现，如图（ b）所示；当浇注温度降到 678℃时，复合材料金相组织没有太的变化，只是是树枝晶进一步减少，组织变得更碎了，呈现出蔷薇状，如图（ a）所示。 浇注温度对半固态 Al2O3/2A14Al复合材料组织的影响 如图所示通过有限元计算方法，我们可以计算出倾斜板型腔中心线合金由入口到出口温度变化。 图 32是 750℃浇注，沿波浪形倾斜板型腔中 .25. 心线合金由入口到出口温度的变化曲线。 随着合金不断向下运动，合金温度先是缓慢 的减小，接着发生快速降低。 这是因为合金在凝固初期虽然与工具问的温度新梯度较大，热量散失较快。 但由于凝固时放出的大量潜热填补了合金向环境散热的热量损失，随固相率的增高，凝固潜热减少，后期合金温度发生快速降低。 随着浇注温度的降低，合金出口温度也不断降低，当浇注温度低于 690℃时合金出口温度低于固相线温度513℃，因此发生完全凝固。 另一方面，浇注温度不同，合金开 图 31 沿波浪形倾斜板型腔中心线合金由入口到 出口温度变化 (75O℃浇注 ) 始时凝固时间也不同，温度越低，合金越早发生凝固。 当浇注温度高于710℃，合金的半固态区较小，因此浇道的剪切作用时间短，不利于球状晶的形成，而且合金组织粗大，图 33(a)是 710℃浇注获得的加入 10% Al2O3作为添加剂的复合材料半固态合金坯料组织。 在 700750℃的温度范围内浇注，半固态区较大，可获得均匀的球形组织，但在该温度范围内浇注时热量散失时间长，冷却对晶粒长大的抑制作用较小，晶粒大小变化不明显。 而在浇注温度低于 710℃时，热量散失时间短，晶粒长大受到抑制，冷却后得到的半固态合金坯料的晶粒随温度的降低而明显减小。 一般情况下，合金凝固时枝晶生长与 2个因素有关，一个 是凝固界面前沿的温度梯度，另一个是成分过冷。 浇注温度越低越容易导致凝固界面前沿出现负温度梯度，出现枝晶生长。 根据出现成分过冷条件： .26. 当合金浇注温度越低，温。