發(fā)布時(shí)間：2020-07-04 19:33

【摘要】：關(guān)于定向凝固多孔純金屬及定向凝固多孔合金目前已經(jīng)有較多研究,但是對(duì)于鋁合金基體定向凝固多孔金屬的研究目前較少。眾所周知,鋁合金的密度低和耐腐蝕性?xún)?yōu)越,鋁合金制備的結(jié)構(gòu)件對(duì)于航空、航天及交通運(yùn)輸領(lǐng)域的輕量化非常重要。本研究主要通過(guò)模鑄技術(shù),針對(duì)純鋁和不同成分的Al-Mg合金、Al-Si合金及Al-Cu合金,研究它們的定向凝固多孔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及力學(xué)性能。金屬-氣體共晶法即所謂gasar法,這種方法中金屬和氣體兩相同協(xié)生長(zhǎng)。本文以gasar法為基本實(shí)驗(yàn)方法,采用自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備來(lái)確保定向凝固順利進(jìn)行。隨著熔體中的氫氣不斷排出,準(zhǔn)圓柱形的氣孔在凝固前沿不斷形成,在改變氣體壓強(qiáng)的條件下成功制備具有定向孔的多孔純鋁、Al-3%Mg、Al-6%Mg和Al-33%Mg合金。本文研究孔結(jié)構(gòu)和凝固壓強(qiáng)之間的關(guān)系,鎂的含量對(duì)孔的尺寸、孔隙率以及多孔鋁鎂合金力學(xué)性能的影響。其結(jié)果表明:在較高的飽和壓強(qiáng)下,鋁及鋁合金凝固過(guò)程中傾向于形成較小的孔。而較高的飽和壓力有利于獲得較高孔隙率的試樣。對(duì)于鋁鎂合金,隨著鎂含量的增加,合金的力學(xué)性能明顯降低。然而,Al-3%Mg和Al-6%Mg合金是韌性金屬,由于孔的存在,它們的多孔試樣比相應(yīng)的實(shí)體試樣具有更高的壓縮強(qiáng)度。同時(shí),它們還具備減重和節(jié)省材料的優(yōu)點(diǎn),這為它們?cè)诤蛯?shí)體材料相同的工況下的工業(yè)應(yīng)用提供了機(jī)會(huì)。本文還研究了 gasar過(guò)程中熔體內(nèi)氣泡的形成及長(zhǎng)大行為。通過(guò)建立模型,分析鋁合金熔體內(nèi)氣泡的形成和由于溫度梯度和壓強(qiáng)梯度引起的氣泡長(zhǎng)大行為。研究表明,合金元素對(duì)氫氣溶入液態(tài)鋁的能力影響明顯。隨著鎂含量的增加,氫氣在熔融鋁鎂合金中的溶解度增加,孔的形狀也經(jīng)歷了變化。本文數(shù)值模擬gasar過(guò)程得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為一致。當(dāng)凝固壓力為-0.075MPa,在不同的氫氣飽和壓力的條件下,制備不同成分(4%,8%,12%和14%)的定向凝固多孔Al-Si合金。研究硅含量對(duì)試樣的孔隙率,孔的形狀和尺寸以及孔的圓整度的影響。探索獲得均勻孔結(jié)構(gòu)的最佳工藝參數(shù)。重點(diǎn)對(duì)具備良好孔結(jié)構(gòu)和壓縮性能的Al-4%Si和Al-8%Si合金進(jìn)行研究。結(jié)果證明隨著硅含量的增加,孔的形狀傾向于球形,同時(shí)孔隙率減小�？讖诫S著熔體中Si含量的增加而增大。不同鑄造技術(shù)得到的試樣具有不同的孔隙率和孔形。隨著合金中硅含量的變化,孔隙率也相應(yīng)地增大或減小。相比鑄造實(shí)體試樣,硅含量4%和8%的多孔試樣表現(xiàn)出較好的壓縮性能,體現(xiàn)了多孔試樣各向異性的優(yōu)點(diǎn)。由于優(yōu)越的耐熱性和可加工性,Al-Cu合金在航空工業(yè)和汽車(chē)工業(yè)的應(yīng)用十分普遍。通常應(yīng)用的Al-Cu合金的銅含量為4-6%。即使其他銅含量的Al-Cu合金沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用,但從探索的角度研究其多孔結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程也具有意義。因此本文選取銅含量為5%、10%、20%以及共晶點(diǎn)成分33%的Al-Cu合金進(jìn)行實(shí)驗(yàn),研究銅含量對(duì)其孔結(jié)構(gòu)和孔隙率的影響。結(jié)果表明,試樣的孔隙率和平均孔徑均隨著銅含量的增加而增加。同時(shí),孔的形狀從細(xì)長(zhǎng)孔逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛐慰�。在共晶點(diǎn)時(shí),即銅含量為33%的Al-Cu合金中幾乎沒(méi)有孔出現(xiàn)。先析出相和糊狀區(qū)寬度對(duì)于孔的形成具有明顯的影響。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.21;TG292

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2741495