A357铝合金半固态流变压铸成形组织工艺研究

介绍了一种实验室自行研制的半固态浆料制备及流变成形设备,该设备主要由熔炼炉、剪切制浆装置、温度控制系统、气体保护装置、连接装置及压铸系统组成。研究了在不同工艺条件下通过该流变成形设备制备A357铝合成形件的组织特点。探讨了半固态流变压铸过程中的凝固行为。实验结果表明:通过该实验设备能有效的消除普通铸造中出现的粗大树枝晶,制备出细小、圆整且均匀分布的半固态组织,而且能消除铸件中的气孔和显微疏松。剪切速率的增大有利于半固态A357铝合金初生1α-Al晶粒的形成及球化。在半固态浆料制备过程中,以初生α1-Al晶粒的形成为主;在随后的压铸过程中,则以较为细小的二次凝固α2-Al晶粒的形成为主。

A357铝合金大型复杂薄壁构件的淬火温度场、残余应力及变形的有限元分析(英文)

基于ABAQUS软件,采用有限元模拟计算的方法对A357铝合金大型复杂薄壁构件的淬火过程进行研究。通过采用传统的反传热方法,对不同淬火介质在不同温度下的换热系数进行精确求解。精确的换热系数确保对A357铝合金大型复杂薄壁构件淬火过程中温度场预测的准确性。采用3种淬火介质(水、机油,5%-UCON淬火试剂A)。通过综合考虑淬火介质及温度因素,对薄壁构件的残余应力及变形的分布和大小进行有限元预测,得到构件淬火结束后的最大残余应力及变形。

Al-Ti-B-Sr细化变质剂对A357铝合金组织和力学性能的影响

在A357铝合金熔体中分别加入自制的Al-5Ti-1B-9Sr、Al-5Ti-1B-10Sr和Al-5Ti-1B-11Sr细化变质剂,研究了这三种细化变质剂对A357铝合金显微组织和力学性能的影响。借助于扫描电镜(SEM)、电子探针X射线显微分析(EPMA)等技术分析了加入细化变质剂前后的A357铝合金的微观组织,并对加入细化变质剂前后A357铝合金进行拉伸力学性能试验。结果表明:向A357铝合金中分别添加质量分数0.2%的Al-5Ti-1B-9Sr、Al-5Ti-1B-10Sr和Al-5Ti-1B-11Sr细化变质剂,A357铝合金的抗拉强度分别达到309.18 N/mm2、328.06 N/mm2和314.61 N/mm2;向A357铝合金中分别添加质量分数0.1%,0.2%,0.3%和0.4%的Al-5Ti-1B-10Sr细化变质剂,A357铝合金的抗拉强度分别为326.91 N/mm2、328.06 N/mm2、324.70和296.89 N/mm2,伸长率分别为3.1%、6.4%、3.1%和0.2%。

半固态A357铝合金的触变性能研究

半固态A357铝合金的触变力学性能,可采用热力模拟机Gleeble-1500对应变诱发熔化激活法(SIMA)制备的坯料先进行压缩试验,利用DEFORM软件进行半固态触变成形过程的数值模拟。铝合金A357压缩变形时的流变应力和温度及坯料的应变速率有关。具体的变化情况是:在特定的应变速率范围(0.1-10s-1)内,铝合金A357的应力变化趋势是:随着温度的升高,流变应力降低;随着应变速率和坯料变形量的增加,流变应力增大。

半固态A357铝合金的高温力学性能

利用半固态成形加工铝合金制件的方法是一种新型的铝合金生产方法。在近三十年来,我国半固态成形加工铝合金的研究已经广泛开展,尤其是以哈尔滨工业大学罗守靖教授、杜之明教授、姜巨福教授的科研团队的研究成果很有代表性,半固态加工已成为近些年金属材料成形研究的热点之一[1],并且在工业上得到了很多的应用。本文通过对半固态A357铝合金进行单向压缩试验,综合分析了不同工艺参数对半固态合金的压缩流动应力的影响,以及半固态A357铝合金的触变性能和流动规律。

A357铝合金的半固态触变压缩力学行为研究

半固态合金的最大特点是具有触变性能,深入研究半固态触变成形过程的力学行为,对于掌握半固态金属的流动规律和半固态触变成形制件的性能有着重要的意义。同时,此研究也为制定合理的半固态触变成形工艺提供重要参考。通过实验研究了A357铝合金在不同的应变速率和变形温度下受到高温压缩时的力学行为,通过实验数据绘制了A357铝合金的真应力-真应变曲线。

A357铝合金的半固态触变成形性能分析

通过对半固态A357化学成分分析和差热分析实验(DTA)测定其固相线和液相线温度,为半固态模锻成形工艺参数的制定提供支持,再通过半固态触变成形实验,确定了成形工艺参数,并对A357铝合金成形件的性能进行测试,结果表明:合金的成形机理主要是液相包裹着近球状固相颗粒进行流动,不断补缩和填充的触变成形;固溶+时效处理可以提高铝合金A357成形件的综合力学性能.

工业铸造A357铝合金SEM原位拉伸实验

通过场发射扫描电镜装载原位拉伸台,对不同凝固条件下工业铸造A357铝合金进行原位拉伸试验。结果表明,裂纹微裂纹首先萌生于组织中破裂的共晶硅处,近邻的微裂纹连接形成小裂纹;多处形成的小裂纹彼此连接并形成较长裂纹,沿共晶区深化和扩展,逐渐发展为主裂纹;当主裂纹遇到铝基体时,扩展受阻,裂纹发生钝化并在其前沿区域形成剪切带;剪切带深化并开裂,主裂纹沿着深化的剪切带穿过基体继续扩展,最终导致试样断裂。A357铝合金的断裂方式为兼具韧性断裂和解理断裂的混合断裂。反重力铸造有效地改善合金微观组织形态,提高了合金的力学性能。

淬火转移时间对AA357铝合金力学性能与微观组织的影响

采用OM、DSC、SEM与TEM,结合力学性能测试研究淬火转移时间对A357铝合金力学性能与微观组织的影响。结果表明：随着淬火转移时间由3 s延长至49 s,A357铝合金经T6热处理后的抗拉强度、屈服强度与延伸率分别由351 MPa、275MPa与12.4%降低至320 MPa、254 MPa与6.5%,合金材料的抗拉强度连续下降,屈服强度变化较小,延伸率呈现出先上升后下降的变化趋势。初生与共晶Si相逐渐由细长的针状或片层状转变为椭圆球状或棒状,平均长度为10～25μm,平均宽度为5～10μm,当淬火转移时间超过35 s后,初生与共晶Si相则仍以细长的针状或片层状形貌为主。拉伸断口形貌以韧窝断裂为主,附带部分沿晶断裂,随着淬火转移时间的增加,断口表面韧窝数量随之减少,沿晶断裂裂纹数量不断增加;Mg与Si元素集中分布于晶粒边界处的二元与三元共晶组织中,Al元素广泛分布于晶粒内部及晶粒边界处;人工时效过程析出的Mg2Si强化相长度约为0.2～1μm,宽度为0.02～0.08μm,且随着淬火转移时间的延长,Mg2Si强化相的析出数大量减少,长径比不断下降,合金材料的强度与塑性随之降低。

A357铝合金过渡环铸件粘砂行为研究

研究了高强铸造铝合金A357过渡环铸件在浇注充型过程中的粘砂行为。通过金相组织观察、硬度测试、SEM和EDS扫描与力学性能测试,对铸件粘砂缺陷严重区域进行了分析测试。结果表明,A357铝合金过渡环铸件粘砂缺陷严重区域并未发生界面化学反应,X光检测下其内部型腔处的缺陷主要为高温铝合金熔液强烈冲刷树脂砂铸型表面涂料后,以毛细管渗透与气相渗透方式而形成的机械粘砂。通过在涂料中添加耐高温氧化物和增加涂料的涂刷厚度,减少了铸件内部型腔处机械粘砂,提高了A357铝合金过渡环铸件的整体力学性能。

缝隙浇道宽度对A357铝合金铸件质量的影响

通过设计不同宽度尺寸的缝隙浇道,借助FEM仿真计算分析与力学性能测试,研究了缝隙浇道宽度对A357铝合金铸件凝固组织与力学性能的影响。结果表明,受铸件/铸型界面传热影响,凝固固相从界面尖端换热区域析出分布,并逐渐转移至心部区域;缝隙浇道宽度与铸件壁厚比例系数设置偏低时,受缝隙浇道补缩影响,易产生集中性缩松缺陷;反之,受缝隙浇道截面临界压力与凝固末期反抽影响,易产生氧化夹渣与缩松缺陷。缝隙浇道宽度与铸件壁厚的最佳比例系数为1.2,此时A357合金的抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为342 MPa、310 MPa与9.4%,断口形貌为韧窝断裂。

A357铸造铝合金疲劳特性及热处理的影响

研究了A357铸造铝合金经T5/T6热处理后,在室温条件正弦载荷下应力比为-1、0.05和0.4时的疲劳性能。实验结果表明:两种热处理条件下,A357铸铝合金的疲劳强度均随应力比的增加而增加,经过T5热处理的A357铸造铝合金的疲劳强度均高于T6热处理合金的疲劳强度。位于试件次表面铸造缺陷是主要的裂纹源。

A357铸造铝合金疲劳特性及温度影响

研究了A357铸造铝合金在T5/T6热处理条件下室温及150℃时的疲劳特性。结果表明,在两种热处理下室温及150℃时A357铸造铝合金的疲劳极限随应力比的增加而增加。室温时A357(T5)的疲劳强度高于150℃时的疲劳强度;而A357(T6)在室温时的疲劳强度低于150℃时疲劳强度。在室温相同应力比条件下A357(T5)的疲劳强度高于A357(T6)的疲劳强度;而在150℃相同应力比条件下A357(T5)的疲劳强度略低于A357(T6)的疲劳强度。疲劳裂纹源于试样次表面的铸造缺陷,疲劳裂纹沿着枝晶边界扩展。

A357铸造铝合金拉伸性能研究

研究了A357铸造铝合金经T5/T6热处理后在室温条件下的拉伸性能。实验结果表明:在室温条件下,A357-T5铸造铝合金的力学性能略好于A357-T6铸造铝合金。A357铸造铝合金的力学性能明显优于A356铸造铝合金。拉伸断口分布铸造缺陷、韧窝及二次裂纹。

A357铸造铝合金力学性能研究

研究了A357铸造铝合金在室温及150℃高温条件下拉伸力学性能。试验结果表明:在室温条件下,A357-T5铸造铝合金的力学性能略好于A357-T6铸造铝合金;相反,150℃高温条件下,A357-T6铸造铝合金的力学性能略好于A357-T5铸造铝合金。铸造缺陷主要是空穴或氧化铝及氧化硅沉积物。

铝合金A357车削加工工件表面温度场研究

针对铝合金车削加工过程中工件表面温度难以准确测量和精准控制的问题,基于有限元软件建立铝合金A357的二维切削仿真模型;通过切削仿真分析得出不同切削速度和切深下的工件表面温度场分布规律;设计一种用于车削加工过程中在线测量工件表面温度的实验装置;通过车削实验,得到了切削过程中工件表面温度变化趋势。结果表明:该切削仿真模型可以有效地预测工件表面温度,为进一步分析精加工工件尺寸偏差、提高工件加工表面质量提供参考依据。

A357-T6铸造铝合金疲劳特性研究

研究了A357-T6铸造铝合金在室温大气中正弦交变载荷下,应力比分别为r=-1,0.05和0.4时的疲劳特性。试验结果表明,A357-T6铸造铝合金的疲劳强度随应力比的增加而显著增加,疲劳极限分别是,应力比r=0.4时约为135MPa;应力比r=0.05时95MPa;而应力比为r=-1时70MPa。疲劳裂纹发生于试件表面或次表面铸造缺陷。裂纹沿着树状晶边界扩展。

高剪切熔体处理下半固态A357合金浆料的组织特征研究

以A357铝合金为试验材料,利用双螺旋流变制浆设备进行了半固态浆料的制备工艺研究。考察了高剪切熔体处理,也即高强度的搅拌剪切和高强度的紊流作用下,搅拌速度和搅拌时间对铝合金非枝晶组织的形成以及组织特征的影响。结果表明:随着搅拌速度的提高,坯料组织中初生α-Al晶粒尺寸减小,形状变得圆整均匀,但是固相体积分数逐渐减小,搅拌速度的增大对球晶的生长起到了抑制作用;熔体在双螺旋设备中的凝固主要经历了连续冷却以及等温剪切两个过程,搅拌时间越长,晶粒越圆整均匀,尺寸越大,但晶粒密度会急剧下降,总的固相分数不会发生明显变化。

A357-T6铸造铝合金疲劳裂纹扩展特性研究

研究了A357-T6铸造铝合金在应力比R=0.05及应力比R=0.7时的疲劳裂纹扩展行为。应力比R=0.7的裂纹扩展速率比应力比R=0.05的裂纹扩展速率快,这是由于应力比R=0.05时断口表面粗糙引起的裂纹闭合效应,降低了裂纹尖端的有效驱动力。断口表面的脱粘共晶S i颗粒和S i颗粒脱落后形成的凹坑表明裂纹沿着树状晶边界扩展。

挤压铸造比压对A357合金组织及性能的影响

采用挤压铸造试验模具,研究了挤压铸造工艺对A357合金组织及力学性能的影响。研究表明,当挤压比达到50 MPa时,可有效消除铸件铸造缺陷;达到90 MPa时,A357合金铸件密度显著提高。当挤压比压达到150 MPa时,α晶显著细化,二次枝晶间距也明显缩短,合金综合力学性能显著提高,在该工艺条件下,A357合金铸态性能可达到:Rm≥266 MPa,A≥7.5%,HB≥88;经T6处理后性能可达到:Rm≥373 MPa,A≥10.5%,HB≥121。本项目研究结果可为我国开展汽车底盘安保铝合金铸件研制提供借鉴。