新型倾斜板技术制备A2017半固态合金

采用新型的波浪型倾斜板技术,对制备半固态A2017合金进行了研究。熔融的合金在倾斜的波浪型冷却板表面非均匀形核,并在流动与碰撞剪切的条件下生长,逐渐从粗大的等轴晶网络演化为细小的近球形晶。通过试验发现,在浇注温度为720℃、倾角为45°的条件下,选用长度为400～500mm有间隔波浪的室温倾斜板可获得细小均匀的合金组织。坯料在二次加热温度为625℃、保温时间为60min的条件下,球化理想,适合于触变成形。

波浪型倾斜板振动过程中晶粒直接球状长大行为

利用金相显微镜、能谱仪研究Al-6Si-2Mg合金的凝固与长大行为.研究发现在波浪型倾斜板振动条件下,合金流经斜板表面时在合金凝固过程中伴随着非枝晶组织演化行为,并存在晶粒直接球状长大行为.倾斜板为形核提供足够大的过冷度和异质形核基础,大量晶核在斜板表面和内部形成,使熔体爆发形核,在流动和振动作用下斜板表面形成的晶核游离,弥散到熔体内部,晶核在均匀的成分场与温度场条件下,可以保持直接球状生长.爆发形核与直接球状长大是波浪型倾斜振动条件下合金组织细化与球化的重要机制之一.

波浪型倾斜板振动对Al-6Si-2Mg合金凝固组织的影响

研究了波浪型倾斜板振动参数对Al-6Si-2Mg合金凝固组织的影响,结果表明:倾斜板的倾角和长度影响合金在斜板表面的流动剪切强度和剪切时间,从而影响合金的组织.当浇注温度为660-690℃时,随着浇注温度的降低,合金晶粒细化和球化,平均晶粒直径为40μm,晶粒平均圆度值为2.5;浇注温度低于660℃时,晶粒有粗化和枝晶化的趋势.倾斜板的振动作用使表面形成的晶核离开表面进入熔体中,有效地减少了晶粒之间的粘连,解决了结壳问题,提高了形核率,细化了组织;随着倾斜板振动频率的提高,晶粒的平均圆度先降低后提高,振动频率为50-60 Hz出现最小值.倾斜板的波浪形表面对流动的金属具有搅拌作用,增大了熔体内部的剪切作用,使晶粒更加细小圆整.

新型倾斜式冷却剪切技术三维数值模拟

自行设计制造了改进的倾斜式冷却技术试验装置，用来制备半固态Al-3％Mg合金坯料。建立了模拟制备半固态Al-3％Mg合金三维分析模型。结果表明：冷却斜板的倾角对合金温度场与速度场分布具有明显影响，出口温度与速度随斜板倾角增大而增大，合金温度沿合金中心线从浇口到出口基本成线性逐渐降低。合金出口温度随着浇注温度的提高而明显升高。为制备具有良好质量的半固态Al-3％Mg合金坯料，倾角θ=45°比较合理，浇注温度控制在650℃～660℃的温度范围，不能高于700℃。

波浪型倾斜板振动作用下金属熔体的传热与传质

采用试验与数值模拟相结合的方法,对波浪型倾斜板振动作用下金属熔体在斜板表面的传热与传质进行了研究。结果表明,在波浪型倾斜板振动过程中,熔体在斜板表面宏观上沿斜板表面法向散热,合金等温线从靠近斜板侧向靠近空气侧逐渐向下偏移。微观熔体质点在斜板表面沿各个方向散热均匀,这种动态传热规律促进了爆发形核,为细小球形晶的形成提供了重要前提条件。振动与金属流动大大提高了溶质扩散系数,加速溶质在液相中扩散,使熔体内部成分场均匀,为晶粒爆发形核和保持球状生长提供了重要条件。

中厚板控制冷却数学模型

介绍了中厚板控制冷却过程中所用的数学模型,包括差分模型、空冷和水冷换热系数模型、比热和热传导率模型,并采用有限差分法模拟计算了钢板在冷却过程中厚度、宽度方向上的温度场分布,以及间歇冷却对控制冷却的影响·从模拟结果可以看出,返红时间、厚度上温度梯度随钢板厚度增加而增加;间歇冷却时钢板内部温度呈均匀下降,表面不断冷却与返红过程·在线应用证明该套数学模型计算精度较高,可以满足现场实际生产的要求·

中厚板控制冷却数学模型

介绍了中厚板控制冷却过程中所用的数学模型,包括差分模型、空冷和水冷换热系数模型、比热和热传导率模型,并采用有限差分法模拟计算了钢板在冷却过程中厚度、宽度方向上的温度场分布,以及间歇冷却对控制冷却的影响.从模拟结果可以看出,返红时间、厚度上温度梯度随钢板厚度增加而增加;间歇冷却时钢板内部温度呈均匀下降,表面不断冷却与返红过程.在线应用证明该套数学模型计算精度较高,可以满足现场实际生产的要求.