相變致冷凝固的鋁合金及銅基大塊非晶組織與性能研究.pdf

1、相變致冷技術(shù)是一種新的凝固技術(shù)，它是采用銅模鑄造的方法，用相變材料作為冷卻介質(zhì)，利用相變材料在相變過程中吸收的潛熱對(duì)熔體進(jìn)行冷卻的一種技術(shù)。本文采用此種凝固技術(shù)，制備了鑄造A356鋁合金和銅基大塊非晶合金。
　　本文利用Ansys軟件對(duì)相變致冷技術(shù)中的鑄件和鑄型溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬。模擬結(jié)果表明，熔體的冷卻速度隨著相變介質(zhì)的種類和體積的變化而變化。對(duì)于Na、Sn和Zn三種相變介質(zhì)來說，采用介質(zhì)Na使熔體獲得的冷卻速度最高，Sn次之，Zn

2、最弱，這些是由介質(zhì)不同的熱物性所造成的。鑄件冷卻曲線和介質(zhì)升溫曲線的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比基本吻合。
　　對(duì)A356合金的研究結(jié)果表明，凝固條件對(duì)合金的組織是有影響的。介質(zhì)對(duì)合金的細(xì)化效果依Na、Sn、Zn的次序依次減弱，而銅模對(duì)鑄件的細(xì)化能力在Na和Sn之間。鑄件與介質(zhì)體積比不同，細(xì)化效果也不同。隨著鑄件與介質(zhì)體積比的增加，合金的組織先逐漸細(xì)化，而后又逐漸粗化，介質(zhì)與鑄件的體積比對(duì)合金的細(xì)化效果存在一個(gè)最佳值。當(dāng)其體積比為5.2

3、5時(shí)，合金的組織最細(xì)小。變質(zhì)劑與細(xì)化劑對(duì)合金的組織也有影響。對(duì)于采用相變致冷方法制備的A356合金，單獨(dú)加入Al-10％Sr變質(zhì)劑（加入量為0.04%）及單獨(dú)加入Al-5%Ti-B細(xì)化劑（加入量為0.03%）時(shí)，合金的組織顯著細(xì)化，顯微硬度也明顯提高。與單獨(dú)加入變質(zhì)劑和細(xì)化劑相比，同時(shí)加入變質(zhì)劑和細(xì)化劑時(shí)，加入量的最佳值發(fā)生變化，這是由于變質(zhì)劑和細(xì)化劑形成了化合物，合金組織的細(xì)化效果減弱。
　　與銅模冷卻方法相比，相變致冷方法可以

4、細(xì)化合金的鑄態(tài)組織。DSC和XRD的研究結(jié)果表明，在用銅模冷卻方法制備的樣品中，Si在α-Al中的固溶度為2.4at.%，在用相變致冷方法制備的樣品中，Si在α-Al中的固溶度為2.7at.%，合金的強(qiáng)度提高了22.9%，伸長(zhǎng)率提高了33.3%。對(duì)合金的熱處理研究結(jié)果表明，傳統(tǒng)的T6和T5工藝可以不經(jīng)過固溶處理，而是直接對(duì)合金進(jìn)行時(shí)效處理，最佳的T6處理工藝為：175℃×8h，最佳的T5處理工藝為：140℃×4h，其斷裂強(qiáng)度分別320M

5、Pa和305MPa。
　　對(duì)銅基大塊非晶的研究結(jié)果表明，用相變致冷方法可以制備出Φ4mm的Cu50Zr40Ti10和Φ5mm的Cu47.5Zr47.5Al5大塊非晶合金。差示掃描量熱分析研究結(jié)果表明，這兩種大塊非晶合金的晶化過程都是一種依賴于升溫速率的動(dòng)力學(xué)過程。
　　采用原位高溫X射線衍射分析對(duì)Cu50Zr40Ti10大塊非晶合金在連續(xù)加熱條件下的晶化過程進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：Cu50Zr40Ti10大塊非晶合金在連續(xù)加熱