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半固态铝合金浆料智能制备技术和装置研究

刘旭波  
【摘要】: 本文研制了新型的剪切低温浇注式(LSPSF-Low Superheat Pouring with aShear Field)半固态浆料制备工艺试验装置;研究了该装置制备铝合金半固态浆料的工艺;分析了材料智能处理技术(IPM-Intelligent Processing of Materials)在半固态技术领域的应用和发展方向,根据该分析,构建了基于PC平台的温度模糊控制系统;研究了半固态金属电导率和其微观组织的关系。论文主要工作和结论如下: 1、首先研制了该装置的基于单片机和PID控制技术的温度控制系统,该系统由于其较高的控制精度(±1°C)和操作的简易性,为LSPSF工艺的实验研究可靠性和稳定性提供了保障。 2、应用LSPSF工艺装置和所建立的控制系统,研究了铝合金半固态浆料的LSPSF法在线制备工艺,通过对ZL101、ZL201和A380铝合金浆料制备的工艺研究,得出如下结论: 应用LSPSF法进行铝合金半固态浆料制备,只有浇注温度与输送管速度达到很好地匹配时,才能有效地提高有效形核数目,进而获得理想的半固态浆料。 在本实验装置的技术参数条件下,获得优良细小近球形晶组织的工艺条件: (a)输送管转速100±10r/min; (b)浇注温度:液相线以上30±10℃; (c)输送管倾角20度时,浆料蓄积器温度500±50℃。 3、介绍了材料智能处理的概念、原理和关键技术。结合半固态金属成形技术的特点,提出了材料智能处理在半固态成形工艺过程的应用可从仿真预测技术和工艺过程智能控制技术方面开展工作。主要观点如下: (a)材料智能处理在金属半固态成形技术应用的重点是新型传感器的研制以及现代控制技术的应用。 (b)为满足半固态成形工艺检测和控制的技术特点,新型的传感器应该能够反映浆料的微观组织性能,并且能够实现材料性能的非接触式在线检测。 (c)为使金属半固态成形技术获得实际生产的应用,在控制技术上不但要加强新型智能控制技术理论的应用,而且为了促进半固态成形工艺与其他工艺环节的融合,根据现代控制技术的潮流,在硬件上还应该开发基于PC平台的控制系统,充分利用PC软硬件技术的丰富资源和强大功能。 4、针对以上观点,研制了基于PC平台、应用了智能模糊控制技术的温度控制系统。该系统以PC机为硬件平台,应用组态王作为开发软件,在控制上应用模糊控制技术作为信息的处理和控制。经过计算机仿真和实验应用验证,证明通过模糊智能控制技术的应用,所建立的温度控制系统超调小、精度高、动态响应较快和鲁棒性好,克服了以前所建立的基于单片机和PID控制技术温控系统温度过冲大、动荡时间较长等缺点。 5、研究了半固态成形ZL101铝合金和A380铝合金试样在室温下电导率和其微观组织结构的关系。针对金属半固态成形的特点,考察了半固态成形铝合金微观组织中的初生固相率、晶粒等效直径和晶粒形状因子三个因素各自对电导率的影响。结论如下: (a)铝合金电导率随着其初生固相率的增加而增加; (b)铝合金电导率随着其微观晶粒等效直径的增加而增加; (c)铝合金电导率随着其晶粒形状因子的增加也呈增加趋势; 以Sn-15wt.%Pb合金为对象,研究了其在半固态温度区间,不同等温温度对其微观组织的演变影响以及因此而造成的对其电导率的影响。结论如下: (a)在半固态温度区间范围内,等温时间一定,随着等温温度的提高,其固相率降低,其导电率随之降低。 (b)在一定等温温度下,半固态Sn-15wt.%Pb合金的导电率可以表示为等温时间的单调递增函数。 因此在其半固态浆料制备工艺中可以配合温度控制,合理地控制其电导率,进而控制其微观组织结构。


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