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铝合金半固态加热组织及性能研究答辩人:学号:导师:论文内容研究背景实验部分结果与讨论结论与建议1234研究背景作为新型的金属成形技术,半固态触变成形一般包括三道工序:坯料制备、二次加热和触变成形三个阶段。其中坯料的二次加热在半固态触变成形工艺中起着承上启下的作用,其目的是为了获得不同工艺所需的固相率,使非枝晶组织逐渐长大并转化为均匀分布的球状组织,为触变成形创造有利条件。研究背景半固态二次加热目的是获得均匀细小的球状组织，但加热过程中的温度场梯度影响了最终组织的转化。所以本次课题中我利用Deform-3D软件模拟加热过程中的温度场分布，温度梯度来分析最终组织的试样不同部位组织的差异。实验原料：浇注成形的半固态铝合A356圆柱尺寸Φ40mm×50mm金相试样预磨机金相试样抛光机型号抛盘直径转速PG-1A220mm900r/min型号砂纸直径磨盘转速YM-2230mm400r/min500r/min实验部分实验方案：控制加热时间与加热温度加热温度/℃加热时间/min30405060580√590√√595√600√√√实验部分定义毛坯的温度为20℃材料为A356Deform-3D模拟流程：模拟模型几何体的导入尺寸为Φ40mm×50mm坯料有限元划分为10000个选中热交换设置环境温度600℃检查生成数据库文件模拟后处理结果与讨论1.Deform-3D模拟结果：从温度分布图可以看出，加热250秒时，试件芯部温度变化不大，此时试件温度分布梯度很大。当加热时间达到500秒时，芯部温度大大上升，试件内外温度梯度大大减小。结果与讨论加热时间达到3000秒时，芯部温度已非常接近实验预设的600℃，此时试件已加热完全。温度梯度基本上不存在结果与讨论2.实际加热实验结果：图中所示是不同温度，不同加热时间条件下，试件水冷之后，其中在加热刚完成时能用薄钢板部分切割以及能被完全切割的试样的加热温度是600℃，加热时间分别是40min，50min结果与讨论3.金相照片：加热温度590℃在此温度下加热，最终组织固液相比太高，且颗粒圆整度不好30min60min结果与讨论595℃等温加热40min,蔷薇状晶粒转变为不规则多边形晶粒,液相偏聚于多边形晶界形成的三角形地带,液相率增加,部分相邻晶粒之间的晶粒线逐渐消失,不规则多边形晶粒逐渐球化并合并长大结果与讨论加热温度为600℃：(a)30min(b)40min中(c)50min(d)40min下结果与讨论600℃下加热,液相很快在晶界形成,转变为不规则多边形晶粒,晶内亦有一定量的液相出现,见图a。随着加热时间的延长,液相率迅速增加并达到稳定,部分前期合并的蔷薇状晶粒重新熔断,球化效果相对明显且尺寸分布均匀,此时仍为固相骨架相连的微结构,但连接区域较少,见图b。加热时间继续延长,液相率基本保持稳定,其中以合并方式生长的晶粒形状由不规则不断向近球形演变,保温时间增加到50min,晶粒的球化效果显著,但个别晶粒粗化明显,晶粒尺寸分布的不均匀性增加结果与讨论由图b与d对比可得，图d中的液相相对于b中液相所占比例较大，且组织颗粒的圆整度明显提高，球化效果明显，组织颗粒以接近球状等轴晶为主，且微观组织固相体积分数有较明显降低。这是因为圆柱形试件在在加热的过程中，边缘受热快，且温度相比于内部温度较高，液相优先在外部生成，外部晶粒优先于内部的晶粒开始生长，内外部的温度差以及时间差导致了试件内外组织的差异。结论1.二次加热温度及保温时间共同影响着A356铝合金半固态坯料微观组织演变过程。随着加热温度升高及保温时间延长,蔷薇状非枝晶组织特征逐渐弱化并向近球状组织演变,而后晶粒逐渐球化并长大。组织演变过程随加热温度升高而加快,随保温时间延长而效果显著。结论2.在590℃下加热时,由于温度过低而液相率不足,保温1h以上晶粒长大明显,而球化效果仍然不理想。在595℃下加热,保温时间增加到60min时,晶粒球化效果不明显,且晶粒尺寸偏大。在600℃加热温度下,保温时间为50min时,晶粒圆整且尺寸分布均匀,平均直径为50～70μm,适合A356铝合金半固态触变成形。