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《電磁場作用下的7075鋁合金凝固過程的分析》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。本人簽名：／扒定日期：婦jtJj東北大學(xué)碩士學(xué)位論文1引言1引言1．1本文研究的目的和意義在有色金屬中，鋁和鋁合金是應(yīng)用最廣泛的一類金屬結(jié)構(gòu)材料。現(xiàn)如今，鋁合金廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、航空、航天等領(lǐng)域，隨著這些領(lǐng)域的快速發(fā)展，對鋁合金的綜合機(jī)械性能有了更高的要求，除了避免常見的鑄造缺陷外，還要使鋁合金獲得均勻細(xì)密的顯微組織，使其
2、達(dá)到更高的強(qiáng)度、韌性和抗腐蝕能力，并通過改變相的組成、形態(tài)和分布來提高材料的綜合性能【l】。因此，如何應(yīng)用科學(xué)技術(shù)和新工藝對合金的凝固過程實(shí)行有效地控制來提高合金的質(zhì)量成為研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)。眾所周知，常溫下有細(xì)小的等軸晶粒的凝固組織具有優(yōu)良的綜合機(jī)械和加工性能，也是人們所期望得到和追求的。對金屬凝固組織細(xì)化新技術(shù)的研究和探討一直是金屬材料研究中十分重要和熱門的領(lǐng)域之一。人們現(xiàn)已發(fā)展了很多方法和工藝來細(xì)化金屬合金材料的凝固組織。對鑄件的凝固過程施加電磁場處理，己獲得了明顯的細(xì)化效果，尤其電磁場處理以其不改變合金的原有成分、無污染、無接觸、操作方便、效果顯著等優(yōu)點(diǎn)更是受到了人們的高
3、度重視。長期的研究表明[2qo]，使合金在交流、直流電場和磁場以及脈沖電磁場的作用下凝固，均可使合金的凝固組織得到顯著地細(xì)化。但這些研究還多集中于對低熔點(diǎn)、便于開展的Pb-Sn或Pb-Sb-Sn合金，對于目前在國民經(jīng)濟(jì)各部門以及人民日常生活中應(yīng)用廣泛的鋁合金研究甚少。另外，這些研究還基本停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段上，對電磁場細(xì)化合金凝固組織的機(jī)制還不十分地清楚，某些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象缺乏成熟、完善的理論基礎(chǔ)，因此對電磁場的細(xì)化機(jī)制看法不一，存在著很大的分歧。本實(shí)驗(yàn)則主要研究了電磁場作用下的7075鋁合金液相線溫度和固相線溫度及結(jié)晶間隔的變化規(guī)律，并用熱力學(xué)理論解釋電磁場對合金凝固過程的影響。對于
4、鑄件來說，鑄件組織形態(tài)直接影響它的機(jī)械性能和使用壽命。對于鑄錠來說，鑄態(tài)組織不僅影響合金鑄錠的質(zhì)量，同時(shí)還影響到它的壓力加工性能以及壓力加工后金屬制品的組織和性能，細(xì)小的等軸晶組織能顯著改善金屬與合金鑄錠的質(zhì)量。它主要能提高鑄錠的力學(xué)性能，在后續(xù)加工過程中提高塑性，減少軋制和擠壓件表面缺陷，減少鑄件表層區(qū)內(nèi)的熱裂傾向，減少均勻化處理時(shí)間等作用。常用的多晶金屬材料是由晶粒和晶界組成，晶界及晶粒取向不同，對金屬具·1‘東北大學(xué)碩士學(xué)位論文l引言有強(qiáng)化效應(yīng)。所以通過細(xì)化晶粒來提高材料的室溫強(qiáng)度、塑性和韌性，這是金屬材料常用的強(qiáng)韌化方法之一。增加合金的固溶度、減少成分的不均勻性也是提高其
5、性能的方法。目前，有關(guān)電磁場對合金元素固溶度及電磁場對合金凝固組織宏觀偏析影響的研究都還很少，這方面的理論也還不完善。本實(shí)驗(yàn)則對電磁場作用下的溶質(zhì)元素固溶度及合金元素的宏觀偏析進(jìn)行了研究，通過分析實(shí)驗(yàn)規(guī)律，探討了電磁場的作用機(jī)制。綜上所述，本研究通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步探討了電磁場對合金凝固過程的影響，同時(shí)研究了電磁場作用下的7075鋁合金熔體形核及長大規(guī)律以及不同頻率、強(qiáng)度電磁場對合金凝固組織的影響，為人們進(jìn)一步研究合金在電磁場作用下凝固的各種電磁效應(yīng)提供實(shí)踐依據(jù)和線索，從而使電磁細(xì)化工藝更好地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，推動國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。4．2鋁合金凝固組織細(xì)化方法rn‘2町由金屬學(xué)
6、和鑄造理論可知，等軸晶的形成條件是：凝固界面前沿的液相中有晶核來源；在液相中存在晶核形成和生長所需的過冷度。因而對金屬和合金材料凝固組織的細(xì)化，大多是基于以下的原理：增加液相中的形核中心和形核質(zhì)點(diǎn)，提高形核率；降低晶核的長大速度或抑制晶核長大；控制結(jié)晶前沿溫度梯度的分布等。為了獲得細(xì)小的等軸晶組織，人們可以通過抑制柱狀晶的長大、創(chuàng)造等軸晶形成的有利條件來實(shí)現(xiàn)。對于鋁合金來說，其凝固組織的細(xì)化方法一般可分為以下幾種：控制凝固時(shí)的溫度制度、化學(xué)方法和物理方法等。控制合金凝固時(shí)的溫度制度包括提高冷卻速度、增加過冷度和降低澆注溫度；化學(xué)方法包括在液態(tài)金屬中添加形核劑、孕育劑和長大抑制劑；
7、物理方法包括澆注過程的控制、振動(機(jī)械振動，電磁、音頻、超聲及氣泡等)、攪拌(機(jī)械、電磁和氣泡等)、擺動等等。機(jī)械攪拌的工藝參數(shù)難以控制，攪拌設(shè)備易磨損和腐蝕，不適于高熔點(diǎn)合金和易氧化合金，因此該方法仍處于實(shí)驗(yàn)階段，很難在工業(yè)上應(yīng)用。在金屬和合金凝固過程中施加聲波和超聲波振動，可以消除不理想的柱狀區(qū)，細(xì)化晶粒，增加等軸晶結(jié)構(gòu)，但是這種技術(shù)也存在一些不利因素，如當(dāng)振動棒進(jìn)入到熔融鋁合金中會很快溶解，壽命短，超聲波作用范圍小等，這些缺點(diǎn)使這種方法在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用不多。另外，由于機(jī)械設(shè)
