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《半固態(tài)鋁合金漿料制備過程的多尺度模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、’-'J●一●，’1_／壅ab盤莖塑±鱟垡迨蠢擅差半固態(tài)鋁合金漿料制備過程的多尺度模擬及優(yōu)化設(shè)計(jì)于兩要半固態(tài)成形技術(shù)(Semi．SolidMetalProcess，簡稱SSM)以其高效、高性能、低成本、節(jié)能環(huán)保等突出特點(diǎn)受到人們的廣泛關(guān)注。金屬半固態(tài)成形技術(shù)的工藝路線包括流變成形與觸變成形，其中觸變成形的方法發(fā)展較為成熟，工業(yè)化程度高，而漿料制備是觸變成形的關(guān)鍵，近液相線鑄造技術(shù)是獲得半固態(tài)漿料的簡單高效的方法之一。實(shí)際上，不是所有的合金都適于近液相線鑄造，而且不同工藝參數(shù)所得到的漿料的性能也不相同。
2、為了獲得具有良好半固態(tài)成形性能和使用性能的合金，人們需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究，浪費(fèi)了大量的入力物力，因此通過計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行半固態(tài)合金設(shè)計(jì)就成為目前人們關(guān)注的課題。本文在國家自然科學(xué)基金的資助下，對半固態(tài)鋁合金的漿料制備過程進(jìn)行了多尺度模擬及優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了用多尺度模擬進(jìn)行半固態(tài)合金設(shè)計(jì)及制備工藝優(yōu)化的方法。本文針對半連續(xù)鑄造過程的特點(diǎn)，建立了描述金屬凝固過程的傳熱、傳質(zhì)以及液固相變的形核與長大模型。通過固相率變化將介觀尺度和宏觀尺度計(jì)算進(jìn)行耦合，實(shí)現(xiàn)合金凝固組織演變的多尺度模擬，并對ZL201合金和A3
3、56合金的微觀組織進(jìn)行了多尺度模擬，模擬所得晶粒大小和晶粒形貌與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合，說明本文所建立的模型是正確的。對ZL201合金的半連續(xù)鑄造過程的溫度場進(jìn)行了模擬，得到了不同的澆注溫度、鑄造速度、冷卻強(qiáng)度下的溫度場。對鑄造速度為2．0mm／s、冷卻水的換熱系數(shù)為1000W／(m2‘K)、澆注溫度為922K條件下ZL201合金的微觀組織演變過程進(jìn)行了模擬，得到了晶粒的長大方式和長大過程、晶粒周圍的溶質(zhì)濃度變化規(guī)律，模擬結(jié)果與Dustin．Ktwz、Rappaz．Thevoz和Kanetkar-Stefane
4、scu模型吻合。對鑄造速度為2．0mm／s、冷卻水的換熱系數(shù)為1000W／(mzK)、澆注溫度高于液相線5K條件下A1．7叭％Si、AI．10wt％Si合金相的演變過程進(jìn)行了模擬。初始階段，結(jié)晶核心呈枝晶形狀生長，并不斷向液相排出溶質(zhì)，導(dǎo)致枝晶邊界的溶質(zhì)濃度較高。隨著溫度的降低，枝晶邊界形成共晶組織，AI．7wt％Si合金的共晶組織呈彌散分布；A1．10wt％Si合金的共晶組織沿著晶界連續(xù)分布，同時(shí)晶界內(nèi)也存在大量灰色的共晶相；A1．10wt％Si合金中的共晶組織比AI．7wt％Si的共晶組織多。目前
5、，在半固態(tài)成形研究領(lǐng)域尚未見到有關(guān)合金相演變過程多尺度模擬的文獻(xiàn)報(bào)道。本文提出了一個(gè)半固態(tài)合金組織評價(jià)的量化標(biāo)準(zhǔn)，為半固態(tài)合金設(shè)計(jì)及其制備工藝優(yōu)化提供了參考依據(jù)。對不同合金成分的鋁銅合金在不同的鑄造速度、澆注溫度、冷卻II水的換熱系數(shù)條件下的微觀組織進(jìn)行了模擬，將得到的11組平均晶粒尺寸、平均晶粒圓度模擬結(jié)果用本文所提出的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了衡量，得到了適合半固態(tài)加工的最佳合金成分及其成形工藝條件：合金成分為AI．8wt％Cu、澆注溫度為922K、冷卻水換熱系數(shù)為1000W／(mzK)、鑄造速度為2．0mm／s
6、。對不同合金成分的鋁硅合金在不同的鑄造速度、澆注溫度、冷卻水的換熱系數(shù)條件下的微觀組織進(jìn)行了模擬，將得到的6組平均晶粒尺寸、·平均晶粒圓度模擬結(jié)果用本文所提出的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了衡量，得到了適合半固態(tài)加工的最佳_合金成分及其成形工藝條件：AI．7wt％Si在澆注溫度為896K、冷卻水換熱系數(shù)為1000，．W／(m2。K)、鑄造速度為2．0mm／s條件下的微觀組織最佳。、't■關(guān)鍵詞：多尺度模擬；元胞自動(dòng)機(jī)；半固態(tài)成形；近液相線鑄造III●．．、東北大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractMultiscaleSimul
7、ationandOptimizationDesignofSemi--SolidSlurryProcessingforAluminumAlloyAbstractSemi—solidmetalprocessincludingrheocastingandthixoforminghasbeenpaidmuchattentionbecauseofitsfinecharacteristicssuchashigIlefficiency,highperformance，lowcost，energyconservati
8、onandenvironmentalprotectionetc．Thereinto，thixoforminghaswelldevelopedandwidelyappliedinindustry．Nearliquiduscastingisasimpleandefficienttechniquetomakesemisolidslurryforthixoforming．Infact，notallalloysaresuitableforsemisolidmeta
