电磁场作用下的7075铝合金凝固过程的分析

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1、声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本人签名：／扒定日期：妇jtJj东北大学硕士学位论文1引言1引言1．1本文研究的目的和意义在有色金属中，铝和铝合金是应用最广泛的一类金属结构材料。现如今，铝合金广泛地应用于机械制造、航空、航天等领域，随着这些领域的快速发展，对铝合金的综合机械性能有了更高的要求，除了避免常见的铸造缺陷外，还要使铝合金获得均匀细密的显微组织，使其

2、达到更高的强度、韧性和抗腐蚀能力，并通过改变相的组成、形态和分布来提高材料的综合性能【l】。因此，如何应用科学技术和新工艺对合金的凝固过程实行有效地控制来提高合金的质量成为研究者们关注的焦点。众所周知，常温下有细小的等轴晶粒的凝固组织具有优良的综合机械和加工性能，也是人们所期望得到和追求的。对金属凝固组织细化新技术的研究和探讨一直是金属材料研究中十分重要和热门的领域之一。人们现已发展了很多方法和工艺来细化金属合金材料的凝固组织。对铸件的凝固过程施加电磁场处理，己获得了明显的细化效果，尤其电磁场处理以其不改变合金的原有成分、无污染、无接触、操作方便、效果显著等优点更是受到了人们的高

3、度重视。长期的研究表明[2qo]，使合金在交流、直流电场和磁场以及脉冲电磁场的作用下凝固，均可使合金的凝固组织得到显著地细化。但这些研究还多集中于对低熔点、便于开展的Pb-Sn或Pb-Sb-Sn合金，对于目前在国民经济各部门以及人民日常生活中应用广泛的铝合金研究甚少。另外，这些研究还基本停留在实验室研究阶段上，对电磁场细化合金凝固组织的机制还不十分地清楚，某些实验现象缺乏成熟、完善的理论基础，因此对电磁场的细化机制看法不一，存在着很大的分歧。本实验则主要研究了电磁场作用下的7075铝合金液相线温度和固相线温度及结晶间隔的变化规律，并用热力学理论解释电磁场对合金凝固过程的影响。对于

4、铸件来说，铸件组织形态直接影响它的机械性能和使用寿命。对于铸锭来说，铸态组织不仅影响合金铸锭的质量，同时还影响到它的压力加工性能以及压力加工后金属制品的组织和性能，细小的等轴晶组织能显著改善金属与合金铸锭的质量。它主要能提高铸锭的力学性能，在后续加工过程中提高塑性，减少轧制和挤压件表面缺陷，减少铸件表层区内的热裂倾向，减少均匀化处理时间等作用。常用的多晶金属材料是由晶粒和晶界组成，晶界及晶粒取向不同，对金属具·1‘东北大学硕士学位论文l引言有强化效应。所以通过细化晶粒来提高材料的室温强度、塑性和韧性，这是金属材料常用的强韧化方法之一。增加合金的固溶度、减少成分的不均匀性也是提高其

5、性能的方法。目前，有关电磁场对合金元素固溶度及电磁场对合金凝固组织宏观偏析影响的研究都还很少，这方面的理论也还不完善。本实验则对电磁场作用下的溶质元素固溶度及合金元素的宏观偏析进行了研究，通过分析实验规律，探讨了电磁场的作用机制。综上所述，本研究通过系统的实验，进一步探讨了电磁场对合金凝固过程的影响，同时研究了电磁场作用下的7075铝合金熔体形核及长大规律以及不同频率、强度电磁场对合金凝固组织的影响，为人们进一步研究合金在电磁场作用下凝固的各种电磁效应提供实践依据和线索，从而使电磁细化工艺更好地应用于生产实践，推动国民经济的快速发展。4．2铝合金凝固组织细化方法rn‘2町由金属学

6、和铸造理论可知，等轴晶的形成条件是：凝固界面前沿的液相中有晶核来源；在液相中存在晶核形成和生长所需的过冷度。因而对金属和合金材料凝固组织的细化，大多是基于以下的原理：增加液相中的形核中心和形核质点，提高形核率；降低晶核的长大速度或抑制晶核长大；控制结晶前沿温度梯度的分布等。为了获得细小的等轴晶组织，人们可以通过抑制柱状晶的长大、创造等轴晶形成的有利条件来实现。对于铝合金来说，其凝固组织的细化方法一般可分为以下几种：控制凝固时的温度制度、化学方法和物理方法等。控制合金凝固时的温度制度包括提高冷却速度、增加过冷度和降低浇注温度；化学方法包括在液态金属中添加形核剂、孕育剂和长大抑制剂；

7、物理方法包括浇注过程的控制、振动(机械振动，电磁、音频、超声及气泡等)、搅拌(机械、电磁和气泡等)、摆动等等。机械搅拌的工艺参数难以控制，搅拌设备易磨损和腐蚀，不适于高熔点合金和易氧化合金，因此该方法仍处于实验阶段，很难在工业上应用。在金属和合金凝固过程中施加声波和超声波振动，可以消除不理想的柱状区，细化晶粒，增加等轴晶结构，但是这种技术也存在一些不利因素，如当振动棒进入到熔融铝合金中会很快溶解，寿命短，超声波作用范围小等，这些缺点使这种方法在实际生产中应用不多。另外，由于机械设