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振动冷却通道对合金凝固组织的影响研究

刘文锋  
【摘要】:半固态铸造可在较低的加工温度下一次性成形形状复杂且性能、精度要求高的零件,具有突出的技术先进性和显著的成本优势。冷却斜板铸造法是实现半固态铸造成形的一种简便而有效的方法,可以以较低的成本生产具有细小球晶组织的铸件。另一方面,在凝固过程中对金属熔体施加振动可以有效细化凝固组织,进一步改善铸件性能。 将上述两种技术思路加以整合,建立了激冷振动实验装置,在金属液流经具有激冷作用的导流斜管进入铸型的同时,可对导流管施加可调频率和强度的机械振动,以期进一步改善半固态浆料品质,获得具有更好组织的铸件。 利用上述实验装置,以Sn-15wt.%Pb合金及Al-5wt.%Cu合金为研究对象,通过对比常规铸造、激冷处理和激冷振动处理得到的凝固组织的差别,研究了激冷以及振动对凝固组织的影响规律,结果表明流管激冷处理可以有效细化晶粒组织,而流管激冷结合振动处理则可以进一步细化晶粒,实现更佳的球化效果。通过控制不同的浇注温度、冷却条件,对合金凝固组织的特征尺度进行了分析研究,发现降低浇注温度可以增加激冷晶核数量,有效细化晶粒组织;较高的铸型温度有利于减小熔体内的温度梯度,促进晶粒球化,但容易导致激冷晶核重熔,使凝固组织晶粒相对粗大;与砂型相比,金属型中获得的凝固组织细小,但球化效果相对要差。 在Sn-15wt.%Pb合金的流管激冷振动处理过程中,振动强度对铸件凝固组织有明显影响,增加振动强度可得到更好的晶粒细化和球化效果,但当强度达到一定程度后,进一步增强振动,对晶粒的细化球化效果的增加不再明显。 对Al-5wt.%Cu合金激冷和激冷振动处理获得的两种试样进行了620℃的二次加热处理,发现晶粒在熟化长大同时,其形态变得更加圆整,并且激冷振动处理过的试样组织均匀性好,晶粒球化及细化效果更为明显。


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