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半固态金属的铸造技术
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半固态成形Al-Fe基合金的组织与性能
【摘要】：
本文针对Al-Fe合金组织中易形成粗大的脆性针状或针片状富铁相,严重割裂基体,恶化合金力学性能的问题,开展了旨在改善此类合金微观组织结构及力学性能的研究工作。重点研究了合金元素、制备工艺等对Al-5.5Fe基合金微观组织和力学性能的影响,确定了合金的最终成分为Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn。系统的研究了该合金在电磁搅拌、近液相线、二次加热及半固态挤压成形工艺中的合金微观组织和力学性能的变化规律。最后,对该类合金进行了耐热性能测试。
研究结果表明:添加不同数量的Mn、Cr等合金元素以后,Al-5.5Fe基合金的第二相微观组织得到了明显的细化;电磁搅拌处理以后,细化效果更加显著,而且分布均匀;常温铸态抗拉强度最高值为161.6MPa。当搅拌电压为150V时,针状相长度较铸态减少30%;近液相线法亦能有效地细化合金组织,其中浇铸温度为680℃时,保温30min为宜,第二相得到了明显的细化,并且有相当部分的第二相以近颗粒状存在。此时Al_3Fe相长度仅为电磁搅拌态的20%左右。半固态挤压成形可以进一步细化Al-5.5Fe基合金中的第二相。挤压比越高,破碎细化效果越显著,第二相分布也越均匀。采用电磁搅拌法制备坯料的合金中,第二相的长度约50μm,较铸态减少75%;采用近液相线法制备坯料的合金中,第二相的长度约20μm左右,较铸态减少90%。半固态挤压成形使Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金的力学性能得到了大幅度提高,而且随着挤压比的增加,抗拉强度和伸长率增加。最大抗拉强度达到了329.5MPa,比铸态提高了104%;最大伸长率达到了2.2%。
对Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金进行了热稳定性实验表明,该合金在200℃时具有较好的热稳性,此时合金的最大硬度值(HB)为86.1。连续加热150h和200h后硬度分别下降了12%和11.6%。
【关键词】：
【学位授予单位】：沈阳工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2008【分类号】：TG146.21【目录】：
Abstract6-10
第一章 绪论10-26
1.1 Al-Fe耐热铝合金的研究现状及存在问题10-17
1.1.1 快速凝固技术制备Al-Fe基合金的研究现状11-13
1.1.2 合金元素和冷却速度对Al-Fe基合金组织的影响13-14
1.1.3 离心铸造法制备Al-Fe基合金梯度功能材料14-16
1.1.4 强烈搅拌和加入粒化剂对Al-Fe基合金性能的影响16-17
1.2 半固态的研究现状17-24
1.2.1 电磁搅拌法制备非枝晶坯料17-18
1.2.2 二次加热理论的研究18-19
1.2.3 挤压成形的研究及对合金组织的影响19
1.2.4 半固态成形技术国内外应用现状19-24
1.3 本课题研究的意义和内容24-26
第二章 实验材料与方法26-35
2.1 实验材料26
2.2 实验设备26-27
2.2.1 熔炼设备26
2.2.2 辅助设备26-27
2.3 中间合金的配制27-28
2.4 合金成分的选择28-30
2.5 合金的熔炼30-31
2.6 电磁搅拌工艺31
2.7 近液相线工艺31-32
2.8 二次加热工艺32
2.9 半固态挤压成形32
2.10 微观组织的观察与分析32-33
2.11 力学性能检测33
2.12 热稳定性实验33-35
第三章 实验结果与分析35-67
3.1 合金元素及电磁搅拌对Al-Fe基合金组织的影响35-45
3.1.1 Al-5Fe合金组织的特征35
3.1.2 Mn、Cu、Mg、Zn等元素对Al-5.5Fe合金组织的影响35-37
3.1.3 Mn元素加入量对Al-5.5Fe基合金组织的影响37-38
3.1.4 Cr、Zr、Mn等元素对Al-5.5Fe合金组织的影响38-40
3.1.5 Cr元素加入量对Al-5.5Fe基合金组织的影响40-41
3.1.6 电磁搅拌对Al-5.5Fe基合金组织的影响41-44
3.1.7 铸态Al-5.5Fe基合金的力学性能44-45
3.2 电磁搅拌对Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金微观组织的影响45-49
3.2.1 电磁搅拌法制备的Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金组织特征45-47
3.2.2 电磁搅拌电压对Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金组织的影响47-49
3.3 近液相线法对Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金微观组织的影响49-51
3.3.1 Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金的差热分析曲线49-50
3.3.2 近液相线法制备的Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金组织特征50-51
3.4 二次加热对Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金微观组织的影响51-53
3.5 半固态挤压成形对Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金微观组织的影响53-59
3.5.1 挤压比对电磁搅拌法制得的合金微观组织的影响53-55
3.5.2 挤压比对近液相线法制得的合金微观组织的影响55-57
3.5.3 不同挤压部位的微观组织比较57-59
3.6 Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金力学性能59-61
3.7 Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金热稳定性能61-67
3.7.1 加热温度对Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金硬度的影响61
3.7.2 加热时间对Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金硬度的影响61-63
3.7.3 加热温度对Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金第二相的影响63
3.7.4 加热时间对Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金第二相的影响63-67
第四章 结论67-69
参考文献69-73
在学研究成果73-74
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半固态成型Al-Si-Fe合金的组织及性能
采用半固态成型技术制备了Al-17Si-5Fe-3Mn-4Cu-1Mg(质量分数/%)合金,分析了合金的微观组织,检测了合金的力学性能,研究了合金的高温磨损行为.结果表明:经过半固态成型后,合金第二相发生了明显细化,尖角钝化,且分布更均匀;常温极限抗拉强度达到了239.6MPa,伸长率达到了2.0%;150℃干磨和润滑条件下的磨损失重分别是390铝合金的30.78%和3.09%.
ZHAO Shu-guo
YUAN Xiao-guang
YU Hai-peng
作者单位：
沈阳工业大学,材料科学与工程学院,沈阳,110023;沈阳航空学院,沈阳,110034
沈阳工业大学,材料科学与工程学院,沈阳,110023
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