高性能铝铜合金铸造性能的研究

通过实验对铝硅合金与铝铜合金流动性、热裂倾向等铸造性能进行对比,研究了铝铜合金铸造性能。结果表明,由于凝固过程的不同,同ZLAlSi7Cu2MgA合金相比,ZL205A合金流动性较差;合金元素Zr使ZL205A热裂倾向性增大。     

强脉冲磁场对Al-Cu共晶合金定向凝固组织的影响

用自行研制的脉冲磁场发生装置，研究了在强脉冲磁场作用下Al-Cu共晶合金的定向凝固组织，分析了脉冲磁场强度对合金定向凝固组织的影响。结果表明：脉冲磁场对Al-Cu合金凝固组织有着显著的细化作用：脉冲磁场强度对细化效果起着关键性的作用；同时指出了实验中的新现象和新问题。     

挤压铸造对Al-Cu合金性能的影响

针对Al-Cu系合金，采取不同的成分配比及铸造，挤压铸造两种方法加工的试样进行实验，主要考察了配料成分，加工工艺及热处理工艺对合金力学性能的影响，发现试样在挤压铸造工艺下的组织及塑性较铸造的工件性能好，可提高组织致密性，硬度增加，力学性能得到改善。     

Ce对铸造Al—Cu合金凝固过程影响的研究

为了探索改善高强度铸造Al-Cu合金抗热裂性能的途径,采用液淬的方法,通过测量热平衡曲线、溶质浓度分布及金相显微分析等手段,研究了0．2％,Ce对Al-4．5Cu和高强度铸造Al-Cu－Mn-Ti合金的凝固过程的影响;研究结果表明,Ce的加入,改变了试验合金的凝固特性影响了合金的枝晶生长行为,其综合作用使合金组织明显细化和均匀化,且二次晶臂发达,对提高高强度铸造Al-Cu合金抗热裂性能具有积极作用。     

冷却速率对Al-Cu二元合金凝固组织和性能的影响

为了研究冷却速率对Al-Cu二元合金凝固组织和性能的影响,通过楔形铜模铸造制备了Al-6%Cu合金铸锭。结果表明,当冷却速率从100 K/s降低到2 K/s时,铸锭晶粒形态的转变过程为：全部柱状晶→柱状晶与等轴晶混合→全部等轴晶。同时,靠近模壁处的柱状晶宽度从244.7 μm增加到408.2 μm,铸锭心部等轴晶的平均晶粒尺寸从629.8 μm减小到152.8 μm,并且平均枝晶臂间距从10.1 μm增加到52.8 μm。计算得出Al-6%Cu合金平均枝晶臂间距和冷却速率经验公式中的参数,其中A和n的值分别为78.75和0.41。当冷却速率从100 K/s降低到25 K/s时,共晶Al₂Cu的形态从骨骼状变为片层状,在共晶Al₂Cu附近的α-Al的形态呈蜂窝状。当冷却速率由2 K/s增加到100 K/s时,Al-6%Cu合金的硬度由618 MPa增加到726 MPa。     

Evolution of microstructure in centrifugal cast Al-Cu alloy

In this research,the effects of centrifugal radius and mould rotation speed on microstructure in centrifugal-cast Al-Cu alloy have been investigated.The results show that,with increase of the centrifugal radius or mould rotation speed,the grain size of centrifugal-cast Al-Cu alloy decreases gradually,while the content of white phases containing the Al2Cu precipitated from α-phase,divorced eutectic and regular eutectic microstructure increases,leading to higher Cu macrosegregation.The variation level of microstructure in centrifugal-cast Al-Cu alloy at 600 rpm of mould rotation speed is greater than that at 300 rpm.     

Al-Cu合金共晶凝固组织形貌及其影响因素

利用光学显微镜、扫描电镜等仪器研究了Al-Cu合金中α-Al及θ-Al2Cu相的生长行为,成分及冷却速度对共晶组织形貌的影响.结果发现,在过共晶组织中,初生θ-Al2Cu相形貌大部分有明显的拐角,呈现小平面生长特性.在α-Al与θ-A12Cu相共晶耦合生长时,θ-Al2Cu择优生长特征削弱,与α-Al耦合生长呈现非小平面-非小平面生长.在亚共晶组织中,出现了θ-Al2Cu包裹着初生α-Al相的晕圈组织.随着冷却速度的加大,共晶组织细化,初生α-Al相枝晶发达,初生θ-Al2Cu由大块板条状向短矩形转变.     

稀土Pr对Al-Cu铸造铝合金的影响

探讨了稀土Pr在Al-Cu系铸造铝合金中的作用。结果表明,稀土Pr在Al-Cu合金中主要存在于晶界处,并形成稀土化合物;同时能有效地细化晶粒、提高析出相的弥散度、改善其断口形貌,从而改变了Al-Cu合金的组织和性能。     

工艺参数对间接挤压铸造铝铜合金力学性能及热裂倾向的影响

研究了在间接挤压铸造条件下,工艺参数对铝铜合金力学性能及热裂倾向的影响,并分析了合金的组织和性能。试验结果表明:挤压铸造工艺参数的变化可以明显影响铝铜合金的力学性能,控制工艺参数可以得到性能良好的铝铜合金铸件(抗拉强度240～260 MPa,伸长率9%～11.5%),经T6处理后,铸件的抗拉强度可以达到460￣475 MPa,伸长率为8.5%￣10.5%。挤压铸造工艺参数中浇注温度和模具温度对热裂倾向的影响最大,其次是保压时间,比压对热裂倾向的影响最小。基本影响规律是:较低的模具温度和较短的保压时间下热裂倾向大,浇注温度750℃时热裂倾向最小。     

方波脉冲电流对Al-Cu合金凝固组织的影响

针对单极方波脉冲电流幅值对Al-Cu合金凝固组织的影响进行了试验研究。结果表明,脉冲电流对亚共晶Al-5Cu和过共晶Al-50Cu合金的凝固组织和初生相有明显细化作用,这主要是由于方波脉冲电流频域较宽,高次波的能量衰减较慢,对凝固系统所做的有效功值较高。由于电流及感生磁场的不均匀性而产生的磁场梯度漂移和磁力线曲率漂移,使得过共晶Al-50Cu合金中Al3 及Cu 离子沿磁场方向迁移,在脉冲电场作用下,促使初生相CuAl2沿磁场方向优势生长。     

挤压铸造对Al-Cu合金显微组织及溶质分布的影响

研究了挤压铸造工艺条件下,工艺参数对Al-5Cu-0.4Mn合金显微组织及Cu元素分布的影响。结果表明,合金在25MPa压力下成形时,初生α-Al晶粒尺寸得到明显细化;浇注温度越高组织变得越粗大;升高模具预热温度,晶粒尺寸增大且分布不均匀。挤压铸造改变重力铸造条件下Cu的逆偏析现象,从铸件边缘往心部的Cu含量呈现增加的趋势,主要原因为晶间富铜液相在压力的强制补缩下,通过枝晶骨架通道被挤向铸件内侧。Cu在α-Al基体中的固溶度随着压力的增大而增加;沿径向远离铸件心部,α-Al晶内Cu含量逐渐增加。在挤压力为100MPa、浇注温度为680～730℃、模具温度为200℃的工艺条件下,可获得晶粒细小、组织致密、宏观偏析少的Al-5Cu-0.4Mn合金挤压铸件。     

旋转磁场作用下Al-Cu合金的凝固特性

将在坩埚中熔融的Al-Cu合金迅速放置于旋转磁场之中,研究Al-Cu合金在旋转磁场作用下微观组织的变化及旋转磁场对合金结晶温度的影响,探讨了旋转磁场对金属凝固的影响机理。结果发现,旋转磁场对合金的凝固组织产生明显的细化效果,使凝固组织由原来未加磁场的粗大树枝晶变成非树枝晶组织,呈现近等轴晶颗粒,而且分布较均匀。晶间距也明显减小,同时旋转磁场使合金的结晶温度区间明显缩小。     

立式离心场下钛合金熔体充填及凝固过程研究

研究立式离心场下不同铸造工艺参数对钛合金熔体的充填及凝固缺陷形成的影响。结果显示,立式离心场下得到的钛合金铸件质量优于重力场下的铸件。立式离心场下,合金熔体由于受离心力和科氏力的作用,沿着与旋转方向相对的型壁进行充填,且熔体的截面面积随充填长度的增加而逐渐减小,但是在内浇口处由于速度降低导致截面面积有所回升。此外,铸型的旋转方向,旋转半径及旋转速度直接影响铸件缺陷的形成。旋转方向直接影响合金熔体的充填顺序,进而影响合金熔体的凝固顺序及缺陷位置。实验结果显示,旋转半径及旋转速度的增加有利于减少铸件的缺陷体积。     

不同压力下挤压铸造铝铜合金的组织与性能

采用挤压铸造工艺制备出一种新开发的、高强韧铝铜合金.T5热处理状态下其抗拉强度达到433 MPa,伸长率为14%.通过对该合金力学性能及其显微组织的研究表明,铸态和经T5热处理的抗拉强度和伸长率均随压力的增加而增大,在压力为50MPa时达到最大值,但在铸态下,未加压力的铸造合金其硬度高于挤压铸造的合金硬度.随挤压力增加,晶粒明显细化,二次枝晶增加,枝晶间距减小.     

IN718高温合金水平定向凝固和真空电弧重熔过程中“黑斑”形成的多组元数值模拟

建立了多组元两相模型来描述IN718高温合金凝固过程中的宏观/微观传输和“黑斑”形成,并应用动态网格算法模拟真空电弧重熔（VAR）过程中的填充过程。首先,使用热力学计算方法求解液相成分随固相分数的变化,并获得多组元合金的枝晶间液相密度。之后模拟了水平定向凝固工艺下形成的“黑斑”,并与实验结果进行对比,研究其形成机理和影响因素。最后,利用所开发的模型来研究工艺参数对工业规模VAR铸锭中“黑斑”的影响。结果表明,元素组成对凝固过程中液相的密度变化有显著影响,“黑斑”的形成伴随着高热溶质对流强度。“黑斑”的生长方向由液相密度差和凝固界面相对重力方向的角度决定。在VAR过程中,熔池形状受电极熔化速率和冷却速率影响。     

模具结构对挤压铸造Al-Cu合金热裂倾向的影响

研究了模具结构对挤压铸造Al-Cu合金热裂倾向的影响,探讨了挤压铸造模具中集渣包对铸件热节提供有效补缩的机理。试验发现当集渣包的凝固模数大于相邻热节部位的凝固模数时,集渣包可以为热节部位提供有效补缩,从而大大降低铸件的热裂倾向。试验铸件的热裂率由模具修改前的27%降低至修改后(扩大集渣包)的6%。     

固液混合铸造Al-40%Cu合金的微观组织

利用固液混合铸造制备了Al-40%Cu合金并对合金的微观组织进行了研究。结果表明:固液混合铸造Al-40%Cu合金中的初生CuAl2多为粒状,尺寸一般为30～80μm。固液混合铸造加入的合金粉能够对Al-40%Cu合金凝固过程产生影响,从而细化合金中初生CuAl2,改善合金组织。与普通铸造和半固态铸造的相比,固液混合铸造Al-40%Cu合金中的初生CuAl2尺寸明显减小,形貌特征得到明显改善。     

电压和时间对铝铜铸造合金微弧氧化膜层的影响

在硅酸盐体系中,分别在不同的电压(450、500和550 V)下对4组试样进行不同时间(20、40、60和80 min)的微弧氧化实验,并结合试样生成膜层的厚度、硬度、耐蚀性能及SEM分析,探索不同电压和时间对Al-Cu系铸造合金表面微弧氧化陶瓷膜层的影响。结果表明,在550 V电压下,微弧氧化60 min时,材料表面获得最佳的微弧氧化膜层。     

低压及差压铸造中铸件凝固方式的控制

指出在低压及差压铸造过程中7种强化铸件顺序凝固的方式和作用；列举国外有关的先进工艺。     

Al-Cu系合金的真空压铸及热处理

为了弥补目前Al-Cu系铸造合金应用于压铸成形时韧性不足问题,进行了ZL201合金的压铸及热处理的试探性研究,研究了Cu含量及T6热处理工艺对Al-Cu系合金普通压铸和真空压铸合金拉伸性能的影响。结果表明：Cu含量为4.6wt%的试样拉伸性能优于Cu含量为5wt%的试样;T6热处理后,普通压铸和真空压铸试样抗拉强度都有较大提高,伸长率下降,且真空压铸试件综合力学性能提升幅度较普通压铸大;T6热处理使得合金的微观断裂形式从脆性的准解理断裂变为准解理和韧窝的混合断裂。