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固液混合铸造ZA12合金组织与性能研究

固液混合铸造ZA12合金组织与性能研究

作者：李晓芳湖南大学

学位级别：硕士

锌铝合金显示出较高的力学性能、优良的摩擦磨损性能,是一种具有高承载能力的新型减摩材料,其铸造性能优良,且摩擦系数和成本较低,得到了广泛关注与应用。其中ZA12合金是一种多用途合金,具有高致密性,易于机加工,有很多研究表明ZA12合... 详细信息

锌铝合金显示出较高的力学性能、优良的摩擦磨损性能,是一种具有高承载能力的新型减摩材料,其铸造性能优良,且摩擦系数和成本较低,得到了广泛关注与应用。其中ZA12合金是一种多用途合金,具有高致密性,易于机加工,有很多研究表明ZA12合金具有优异的摩擦磨损性能。固液混合铸造技术是一种制备微晶合金的新技术,开展锌铝合金固液混合铸造技术的研究工作对拓展锌铝合金的应用范围具有重要意义。本论文采用固液混合铸造技术制备ZA12合金。主要研究此种制备工艺下不同工艺参数对ZA12合金组织的影响,并与金属型铸造、半固态铸造合金进行对比,研究合金微观组织演变规律。同时还对ZA12合金的力学性能和摩擦磨损性能及机理进行一定的分析。试验研究结果表明: 1)固液混合铸造ZA12合金时,工艺参数对于合金组织有很大影响,在熔体过热度为40℃,粉末加入量为30%,粉末粒度为-200400目(384μm )条件下,合金的组织细小、分布均匀,初生相含量也较低。 2)固液混合铸造ZA12合金组织相对金属型铸造的铸态组织,后者粗大的枝晶完全被破碎,白色的初生相组织偏向于团球状,平均粒度大幅度减小,且分布较为均匀;同样的搅拌条件下,半固态铸造ZA12合金组织枝晶破碎、细化程度明显不及固液混合铸造的合金组织。固液混合铸造及半固态铸造化程度明显不及固液混合铸造的合金组织。固液混合铸造及半固态铸造合金的致密度低于金属型铸造合金。 3)ZA12金属型铸造铸态组织、半固态铸造组织及固液混合铸造组织中相组成基本一致。它们主要是由η-Zn相、β-AlZn相及少量α-Al相组成。 4)固液混合铸造ZA12合金的抗拉强度较金属型铸造和半固态铸造合金提高幅度较小的情况可能与合金中的杂质、孔洞有关。金属型铸造合金拉伸断口为典型的解理断裂,而固液混合铸造及半固态铸造ZA12合金的拉伸断口呈现解理断裂与准解理断裂相结合的断裂特征。 5)固液混合铸造工艺参数对ZA12合金的布氏硬度有很大影响。 6)摩擦磨损过程中,试验载荷、试环转速及润滑条件对ZA12合金的摩擦磨损性能有很大的影响。固液混合铸造工艺制备ZA12合金在室温干、湿滑动摩擦条件下的耐磨损性能、减摩性能均优于金属型与半固态铸造工艺制备的合金。

关键词：固液混合铸造 ZA12合金微观组织力学性能摩擦磨损

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固液混合铸造Al-10Cr合金的研究

固液混合铸造Al-10Cr合金的研究

作者：程相飞湖南大学

学位级别：硕士

高铬铝合金是一种优异的耐磨、耐热和耐蚀轻合金材料,具有潜在的工业应用价值,但由于其制备困难,特别是采用传统的铸造冶金工艺难以解决粗大析出相问题,无法应用。本文采用一种新型的材料制备技术—固液混合铸造技术,制备了Al-10Cr合金... 详细信息

高铬铝合金是一种优异的耐磨、耐热和耐蚀轻合金材料,具有潜在的工业应用价值,但由于其制备困难,特别是采用传统的铸造冶金工艺难以解决粗大析出相问题,无法应用。本文采用一种新型的材料制备技术—固液混合铸造技术,制备了Al-10Cr合金,研究了制备工艺及其对材料组织、性能的影响。本文的主要研究内容包括以下几个方面: 1.尝试改进了固液混合铸造实验装置和压铸、挤压模具;2.研究了Al-10Cr合金的固液混合铸造工艺和压铸锭坯的微观组织、力学性能;3.研究了固液混合铸造Al-10Cr合金的半固态流变挤压和半固态触变挤压的成形工艺和规律;4.对固液混合铸造Al-10Cr合金的摩擦磨损机理和耐蚀性进行初步探索。通过对上述问题的研究得到如下结论: 1.改进后的固液混合铸造装置由半固态保温装置、半固态搅拌装置、加粉装置、卸料装置及其它附加装置组成,压铸模和挤压模采用组合式设计,可以方便地进行拆装。2.当合金熔体的过热度为30K,搅拌杆转速为500rpm,半固态转移温度和压铸模温度分别为1073K和873K时,能够获得组织均匀的固液混合铸造Al-10Cr合金。3.为了解决搅拌困难和不能使粉末迅速均匀分布在熔体中的问题,采用先加入30%～50%的粉末,搅拌一定时间后再分多次加入剩余粉末的加粉方式。4.当粉料比为0.4时,压铸锭坯显微组织中金属间化合物粒子的尺寸明显减小,数目增多且分布均匀,室温力学性能最好,σ=119.3MPa。5.流变挤压和触变挤压都对合金组织细化起到一定的作用,但起主导作用的仍是粉末粒度和粉料比。触变挤压试样的抗拉强度要比流变挤压试样的高。6.粉料比和粉末粒度对固液混合铸造Al-10Cr合金的耐磨性有相当大的影响,合金的晶粒尺寸越小,磨损率越低。合金的室温和高温干滑动摩擦磨损机制分别为磨粒磨损和粘着磨损。7.固液混合铸造Al-10Cr合金中金属间化合物相的均匀分布能有效提高抗晶间腐蚀能力。采用固液混合铸造工艺制备的Al-10Cr合金晶粒微细,合金力学性能明显优于传统铸造和半固态铸造Al-10Cr合金,并且解决了高合金化铸件难以热加工的问题。该技术具有工艺简单、生产成本低廉等优点,具有一定的工业应用前景。

关键词：固液混合铸造 Al-10Cr合金压铸流变挤压触变挤压

固液混合铸造Al-Cu合金组织和力学性能的研究

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固液混合铸造Al-Cu合金组织和力学性能的研究

作者：黄雅妮湖南大学

学位级别：硕士

本论文主要研究利用一种新型的材料制备方法——固液混合铸造制备的Al-Cu合金的组织和性能。根据已有的研究结果制定了固液混合铸造Al-Cu合金的工艺并成功的制备了Al-Cu合金铸坯。通过DSC分析、力学性能测试及OM、SEM形貌分析等手段对... 详细信息

本论文主要研究利用一种新型的材料制备方法——固液混合铸造制备的Al-Cu合金的组织和性能。根据已有的研究结果制定了固液混合铸造Al-Cu合金的工艺并成功的制备了Al-Cu合金铸坯。通过DSC分析、力学性能测试及OM、SEM形貌分析等手段对固液混合铸造Al-20Cu合金、Al-40Cu合金、Al-65Cu合金的组织和性能进行了研究;分析了固液混合铸造工艺中，合金组织的细化机理;对固液混合铸造Al-40Cu合金的摩擦磨损性能进行了初步研究。研究结果表明：固液混合铸造工艺明显细化Al-Cu合金的组织，提高Al-Cu合金的室温力学性能。加入的粉末颗粒越细，材料的组织越细小，室温力学性能越好。固液混合铸造浆料具有良好的挤压性能，挤压坯料具有良好的室温耐磨性能。该工艺具有一定的先进性和优越性，存在一定的工业应用前景。普通铸造时，Al-20Cu合金的初生α-Al为树枝状。固液混合铸造Al-20Cu合金的初生α-Al为蔷薇状或近球状，其大小可以达到70μm(加入200-96μm粉末)或50μm(加入74-43μm粉末)，明显小于半固态加工的120μm。固液混合铸造Al-40Cu合金初生θ相更为圆整。长度方向的平均尺寸由普通铸造500μm减至100μm(加入200-96μm粉末)，或80μm(加入74-43μm粉末);径向的平均尺寸由普通铸造80μm减为40μm(加入200-96μm粉末)，或30μm(加入74-43μm粉末)，长径比由普通铸造的6减至2.5。固液混合铸造的Al-65Cu合金的显微组织主要由蔷薇状、近球状的θ相和η相组成，晶粒尺寸为35μm以下，明显小于半固态铸造的100μm。在固液混合铸造工艺条件下，Al-20Cu合金的室温力学性能为：σ=165MPa，σ=100MPa，δ=2％(加入200-96μm粉末);σ=193MPa，σ=116MPa，δ=3％(加入74-43μm粉末)。Al-40Cu合金的室温力学性能为：σ=187MPa，σ=113MPa，δ=1.5％(加入200-96μm粉末);σ=209MPa，σ=125MPa，δ=2％(加入74-43μm粉末)。固液混合铸造Al-40Cu合金的质量磨损量为12.3mg，其主要的磨损形式是粘着磨损、疲劳磨损和磨粒磨损。

关键词：固液混合铸造半固态加工 Al-Cu合金组织力学性能

固液混合铸造ZA60合金显微组织及其性能的研究

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固液混合铸造ZA60合金显微组织及其性能的研究

作者：崔宏涛湖南大学

学位级别：硕士

本文采用固液混合铸造技术制备了ZA60合金锭坯,研究了合金熔体过热度、粉末加入量和粉末粒度对ZA60合金显微组织的影响,优化了固液混合铸造ZA60合金的工艺参数;同时,对ZA60合金金属型铸造、半固态铸造和固液混合铸造三种铸造工艺下的合... 详细信息

本文采用固液混合铸造技术制备了ZA60合金锭坯,研究了合金熔体过热度、粉末加入量和粉末粒度对ZA60合金显微组织的影响,优化了固液混合铸造ZA60合金的工艺参数;同时,对ZA60合金金属型铸造、半固态铸造和固液混合铸造三种铸造工艺下的合金的显微组织的变化规律进行了探讨;利用TCL金相分析软件对合金在不同的工艺条件下材料的平均晶粒度进行了测量,同时也利用软件对初生α相的体积分数进行了测量,对ZA60合金的物相进行了分析,最后对ZA60合金的硬度、室温拉伸性能和高温拉伸性能进行了研究。通过研究得出了以下结论:1. ZA60金属型铸造的晶粒比较粗大,半固态铸造显微组织相对金属型铸造组织有一定程度的球化和细化,ZA60合金固液混合铸造合金组织相对其他两种工艺组织球化和细化程度是最好的,且组织比较均匀。在ZA60合金固液混合铸造过程中,分别研究了合金熔体过热度、粉末粒度和粉末加入量对合金显微组织的影响,考虑合金组织的细化和均匀性及宏观压铸质量,当合金熔体过热度为40℃、粉末粒度为-200～+400目及粉末加入量为40%的条件下,ZA60合金显微组织得到较好的细化和球化。***60合金凝固过程中主要生成相有α(富Al)相、β(Al基固溶体)相、η(富Zn)相和ε(金属间化合物)相。ZA60合金金属型铸造、半固态铸造,固液混合铸造三种制备工艺中形成相的种类是完全一样,但是数量不同,金属型铸造初生α相数量最少,固液混合铸造最多。在ZA60合金固液混合铸造过程中,不同的参数时初生α相数量也有很大不同,合金熔体过热度越高,初生相越少;粉末加入量越多,初生α相数量越多;粉末越细,初生α相越多。初生α相数量不同主要跟合金凝固过程中的冷却速度有关,也与粉末加入增加了非均匀形核有一定关系。***60合金的室温抗拉强度固液混合铸造最高(415Mpa),半固态铸造居中(360Mpa),金属型铸造最低(285Mpa),延伸率固液混合铸造最高(6.0%),半固态居中(3.5%),金属型最低(1.2%)。ZA60合金断裂属于脆性断裂,金属型铸造断口具有明显的解理断裂特征,半固态铸造和固液混合铸造断口上有解理台阶同时,也有少许撕裂棱,具有准解理断裂的特征。***60合金固液混合铸造和半固态铸造的高温强度普遍低于金属型铸造的强度。在应变速率不变(6.67×10-5s-1)的情况下,随着温度的升高,高温强度呈现下降的趋势,在温度不变(200℃)的情况下,高温抗拉强度随着应变速率的增大而增大。ZA60合金高温拉伸断口分析,金属型铸造断裂方式属于沿晶断裂,半固态铸造断裂方式属于准解理断裂,固液混合铸造在不同的参数条件下,都表现出了解理断裂的特征,三种铸造工艺下材料的高温断裂都属于脆性断裂。

关键词： ZA60合金固液混合铸造显微组织力学性能断口分析

Cr15高铬铸铁固液混合铸造铸件组织的研究

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铸造 2006年第4期55卷 341-344页

作者：陈葵高文理吴有伍何建军黄雅妮陈振华湖南大学材料科学与工程学院湖南长沙410082

利用固液混合铸造制备了Cr15高铬铸铁,并利用光镜和扫描电镜对合金的微观组织进行了研究。结果表明,与普通铸造相比,固液混合铸造制备的Cr15高铬铸铁共晶碳化物被细化、球化,奥氏体为细小的等轴晶,共晶团尺寸显著减小,粒度为20￣50μm。

关键词：铸造固液混合铸造半固态铸造高铬铸铁

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Al-30Si合金的固液混合铸造

兵器材料科学与工程 2005年第2期28卷 27-30页

作者：孙亦陈振华中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083 湖南大学材料科学与工程学院湖南长沙410082

研究了Al-30Si合金的固液混合铸造。结果表明,采用该工艺制备的Al-30Si合金组织细小,合金力学性能明显优于传统铸造和半固态加工合金,并且解决了传统铸造Al-30Si合金铸件难以热加工的问题。在本工艺条件下,当粉末添加量与合金熔体质量比... 详细信息

研究了Al-30Si合金的固液混合铸造。结果表明,采用该工艺制备的Al-30Si合金组织细小,合金力学性能明显优于传统铸造和半固态加工合金,并且解决了传统铸造Al-30Si合金铸件难以热加工的问题。在本工艺条件下,当粉末添加量与合金熔体质量比为1时,Al-30Si合金中的初晶硅粒径可控制在30μm以下;材料的室温力学性能为:σb=129MPa,σ0.2=112MPa,δ=1.4％。

关键词：合金熔体固液混合铸造半固态加工合金组织铸件热加工力学性能量比粒径工艺条件

AL-10%Cr ,AL-20%Mn合金的固液混合铸造

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湖南大学学报（自然科学版） 2004年第5期31卷 13-17页

作者：陈振华何建军刘劲松程相飞湖南大学材料科学与工程学院湖南长沙410082 长沙航空职业技术学院湖南长沙410124

高合金含量的Al Mn,Al Cr合金(质量分数大于10%)中Mn,Cr含量高,传统铸造组织十分粗大,力学性能很差,不能应用.本文采用固液混合铸造技术制备了Al 20%Mn,Al 10%Cr合金.实验结果表明,合金的显微组织明显细化,其平均晶粒尺寸都能控制在10μ... 详细信息

高合金含量的Al Mn,Al Cr合金(质量分数大于10%)中Mn,Cr含量高,传统铸造组织十分粗大,力学性能很差,不能应用.本文采用固液混合铸造技术制备了Al 20%Mn,Al 10%Cr合金.实验结果表明,合金的显微组织明显细化,其平均晶粒尺寸都能控制在10μm以下,且晶粒呈球形或近球形,压铸材料的力学性能为:σb=100～110MPa,σ0.2=70～80MPa.随着粉末加入量的增加,合金晶粒逐渐细化.这两种合金可以应用为耐磨、耐蚀材料.

关键词：铸造 Al-Mn合金 Al-Cr合金固液混合铸造

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铝质轻合金固液混合铸造的研究

铸造技术 2008年第9期29卷 1206-1209页

作者：刘劲松蒲玉兴陈振华何建军长沙航空职业技术学院湖南长沙410124 湖南大学材料科学与工程学院湖南长沙410082

固液混合铸造是一种新型的材料制备技术。结合固液混合铸造Al-Mn、Al-Cr、Al-Cu等合金的具体研究工作,综合介绍了固液混合铸造技术的研究状况。当前研究表明,固液混合铸造技术能有效细化合金晶粒,提高材料的力学性能,且工艺简单、生产... 详细信息

固液混合铸造是一种新型的材料制备技术。结合固液混合铸造Al-Mn、Al-Cr、Al-Cu等合金的具体研究工作,综合介绍了固液混合铸造技术的研究状况。当前研究表明,固液混合铸造技术能有效细化合金晶粒,提高材料的力学性能,且工艺简单、生产成本低廉、能成形复杂形状件和大件,具有一定的研究和应用价值。

关键词：铝合金半固态加工固液混合铸造

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Al-Mn合金的固液混合铸造研究

Al-Mn合金的固液混合铸造研究

作者：刘劲松湖南大学

学位级别：硕士

本论文采用了一种全新的材料制备工艺一固液混合铸造技术制备了Al-Mn合金坯料。所谓固液混合铸造技术是指在过热的合金熔体中加入大量的同种合金粉末或润湿性好的异种合金粉末，经强烈均匀的搅拌后进行铸造或各种热加工的一种材料制备... 详细信息

本论文采用了一种全新的材料制备工艺一固液混合铸造技术制备了Al-Mn合金坯料。所谓固液混合铸造技术是指在过热的合金熔体中加入大量的同种合金粉末或润湿性好的异种合金粉末，经强烈均匀的搅拌后进行铸造或各种热加工的一种材料制备工艺。论文的主要研究内容包括以下几个方面：制备了Al-Mn合金粉末与母合金，研究了固液混合铸造工艺过程，初步探索并掌握了固液混合铸造工艺条件，观察了铸坯及其后续热加工材料的微观组织，检测了后续加工材料的室温力学性能与耐磨性能，并对固液混合铸造Al-Mn合金坯料的触变成形进行了有益的探索。将预先制备好的Al-Mn合金粉末按一定的比例加入到自行设计的搅拌装置里，并同时对Al-Mn合金熔体和粉末进行强烈均匀搅拌达到均匀状态，使之变成半固态浆料，将获得的半固态浆料进行压铸成形制备棒材，并对挤压所得的材料进行显微组织观察和力学性能测试。Al-Mn合金半固态浆料转移温度为800℃，半固态转移时间小于10秒。由于合金熔体存在一定的过热度，粉末加入后出现颗粒部分融解现象，使得粉末与熔体之间形成良好的冶金结合，同时又基本保持了粉末的快速凝固组织结构。另外，在半固态温度下进行压力加工有利于粉末团聚体的进一步分散。实验结果表明：在固液混合铸造工艺中粉末的加入对合金组织中的初晶锰和合金基体组织具有很好的细化效果，半固态浆料的热挤压抗力明显小于全固态热挤压抗力。随着加粉量的增加和粉末粒度的减小，固液混合铸造Al-Mn合金坯料的力学性能随之升高。采用该技术获得的Al-Mn合金坯料的金相显微组织均匀，晶粒细小，呈等轴状或近等轴状(蔷薇状)，热挤后合金的力学性能为：σ=130MPa，σ=80MPa，δ=1％，优于传统铸造和半固态铸造合金，使难以应用的高锰铝合金有了应用可能。采用固液混合铸造技术制备的高锰铝合金的平均摩擦系数为0.46，显著优于铸造合金和不加粉搅拌状态的性能。在200～300℃仍然以磨粒磨损为主，在300℃以上才是粘着磨损，并且其耐磨性能随着粉末量的增加而增加。该技术工艺简单、生产成本低廉、能成形复杂形状件和大件等优点，具有一定的工业应用前景。

关键词：固液混合铸造 Al-Mn合金半固态