螺旋線槽半固態(tài)漿料制備工藝研究.pdf

1、本文獨立設計組裝螺旋線槽（Helical Curve Duct，簡稱HCD）漿料制備裝置，并設計與之相關的工藝流程。以此作為實驗基礎，討論了 HCD裝置結構參數(shù)和HCD工藝參數(shù)對制備漿料組織的影響，并通過多重分形計算定量表征其初生相的分布均勻性特征；利用HCD制備漿料試樣進行基于連續(xù)切片技術基礎的微觀組織三維重建，對3組代表性的試樣重建的漿料組織進行基礎信息的、分形維和各向異性的測量；重切三維重建的漿料組織，獲得9組重切切片系列，與3組

2、原始切片一起共12組切片系列進行測量并完成對其的統(tǒng)計計算分析；利用HCD制備的漿料試樣進行切口斷面特征分析，三維重建4組典型切口斷面并進行多重分形計算表征三維切口斷面的非均勻性特征，通過圖像處理獲得切口斷面裂紋擴展特征并進行多重分析定量表征，通過切口斷面等高線特征從另一角度來分析微觀組織對漿料切口斷面特征影響。主要研究內容和獲得的結果：
　　通過HCD實驗裝置實現(xiàn)了A356、7075和6063鋁合金，AZ91鎂合金和銅鈣合金的半固

3、態(tài)漿料制備。以A356和7075合金為基礎研究HCD的裝置結構參數(shù)與工藝參數(shù)對制備漿料的影響規(guī)律。螺旋角度、合金澆注溫度和流動時間都會對漿料組織施加影響，三組參數(shù)都在一定的區(qū)間范圍內起作用。A356，7075和6063鋁合金、AZ91鎂合金，螺旋角度有效范圍在270°-720°。合金在槽內的流動時間在4-11s之間，確保合金流經槽內時能順利全部流出。在有效的流動時間范圍內，合理綜合螺旋角度和澆注溫度就能制備良好的合金漿料。A356、70

4、75和6063鋁合金的澆注溫度范圍分別為630-640℃、640-665℃和655-665℃，7075和6063合金制備漿料后靜置時間不超過90s，不然固相分數(shù)會在很短的時間內產生急劇變化而難控制。對A356合金初生相進行多重分形計算，考察螺旋角度為270°、360°、540°和720°對漿料組織的影響，其譜寬度Δα為0.9498、1.7277、0.8098和0.8196。540°的最小，組織分布最均勻；考察澆注溫度為630℃、635

5、℃、640 ℃和650 ℃對漿料組織的影響，其Δα為1.6280、0.8596、1.2566和2.0878。635℃的最小，組織分布最均勻；考察流動時間的影響，其Δα相差非常小，合金熔體在螺旋線槽內流動的時間對微觀組織均勻性的影響遠遠小于澆注溫度和螺旋角度對其的影響。對7075和6063合金初生相進行多重分形計算，與A356合金一樣，螺旋角度和澆注溫度都對漿料組織有程度不等的影響，這可以在Δα上反映出來。所有測量合金初生相多重分形譜全都

6、是呈左鉤狀，大概率子集占主要地位。但在考察螺旋角度和澆注溫度對漿料組織的影響時，A356合金在當量直徑最小的那組Δα也最小，組織分布相對最均勻；而在7075和6063合金的測量中，剛好相反，當量直徑最大的那組Δα反而最小，組織分布相對最均勻?；诠に噷嶒?，在Anycasting中模擬合金熔體在螺旋線槽內的流動、溫度、速度以及粘度變化特征，揭示在無外作用力條件下，通過其自身結構特征而形成對合金熔體的冷卻作用和自攪拌混合過程的螺旋線槽漿料制

7、備機制。
　　通過手工拋切獲得3組典型漿料組織240層切片，完成所有金相特征提取，分別在 ImageJ、MIMICS和3Ddoctor中完成漿料微觀組織和局部共晶部分三維重建?；?組漿料微觀組織的重建，完成其基礎信息測量、初生相分形維和各向異性程度的測量。測量得到3組分形維分別為2.4657、2.5340、2.5850；測量其各向異性程度分別為0.295、0.1671、0.711。其分形維和各向異性程度的測量結果表明螺旋線槽漿料

8、制備工藝對合金熔體的處理可以充分抑制初生相的各向異性生長，同時也使得漿料初生相趨于更簡單形貌的生長。
　　測量了9組重切切片和3組原始切片的當量直徑、Feret直徑和形狀因子并完成統(tǒng)計分析：重切的軸向面的切片測量計算結果總體與原始切片圖層統(tǒng)計結果最為接近；第3組試樣各向異性程度最大，當量直徑、Feret直徑和形狀因子，它們的與原始切片之間最大測量偏差分別高達32.81％、42.00%和9.67%。測量反過來印證了前一章各向異性程度

9、的測量結果；在微觀組織各向異性程度不是很大時， Feret直徑的測量最為可靠，接下來是形狀因子，當量直徑次之。
　　HCD制備的漿料切口斷面和重熔的坯料切口斷面宏微觀特征接近，而未處理的漿料切口斷面區(qū)別非常明顯：通過4組典型三維切口斷面多重分形計算，未處理595℃、漿料590℃、漿料595℃和坯料585℃這4組斷面的Δα分別1.0310、0.7014、0.5799和0.4441，未處理595℃的Δα最大，高低起伏不等，坯料585℃