【摘要】：材料的凝固組織對其性能有決定性的影響。在凝固過程中施加穩(wěn)恒磁場能夠有效的控制合金的凝固組織,從而制備出高性能的材料。過共晶鋁合金是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料,具有耐磨、耐熱、耐腐蝕和熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點,備受研究者們的關(guān)注。本文采用穩(wěn)恒磁場下的定向凝固技術(shù),并利用數(shù)值模擬,系統(tǒng)地研究了在穩(wěn)恒磁場作用下過共晶鋁合金Al-Cu、Al-Ni、Al-Si和Al-Zn凝固過程中糊狀區(qū)內(nèi)熔體流動、固相受力、溶質(zhì)遷移、固相遷移及凝固組織演變。主要研究結(jié)果如下:本文利用有限元軟件COMSOL對不同磁場強(qiáng)度下Al-Cu合金定向凝固過程中糊狀區(qū)附近液相中熱電磁流動的大小和分布進(jìn)行模擬。結(jié)果顯示,橫向磁場的施加,導(dǎo)致在垂直于磁場方向的試樣縱截面內(nèi)形成單向熱電磁環(huán)流,流動強(qiáng)度隨著磁場強(qiáng)度增加先增加后減小。在縱向磁場的作用下,熱電磁流動在垂直于磁場方向的試樣橫截面內(nèi)形成環(huán)流,流動強(qiáng)度同樣隨著磁場強(qiáng)度的增加先增加后減小。另外,模擬了模型尺度對磁場下熱電效應(yīng)的影響,可以發(fā)現(xiàn),枝晶長度和試樣直徑的增加強(qiáng)化了界面附近液相所受的熱電磁力,促進(jìn)熱電磁流動。在Al合金定向凝固過程中橫向磁場的施加會導(dǎo)致固/液界面形態(tài)發(fā)生改變。對于Al-40 wt.%Cu和Al-12 wt.%Ni合金,磁場的施加使試樣一側(cè)的初生相的面積百分?jǐn)?shù)減少,而共晶組織的含量增加,形成沿定向凝固試樣軸向的“通道狀”偏析;在試樣另一側(cè)的初生相的面積百分?jǐn)?shù)增加,從而引起初生相的徑向梯度分布。另外,隨著磁場強(qiáng)度的增加,初生相的徑向梯度分布程度增加。上述結(jié)果歸因于橫向磁場下單向熱電磁流動引起的徑向溶質(zhì)遷移。對于Al-21 wt.%Si合金,磁場的施加使初生Si相的分布發(fā)生改變,由在試樣縱截面內(nèi)均勻分布轉(zhuǎn)變成傾斜條帶狀分布,形成了初生Si相的徑向梯度分布。以上結(jié)果歸因于橫向磁場下熱電磁力對初生Si相徑向遷移和單向熱電磁流動對溶質(zhì)徑向遷移的影響�？v向磁場對Al-40 wt.%Cu、Al-12 wt.%Ni、Al-21 wt.%Si和Al-96 wt.%Zn合金定向凝固組織的影響被考察。通過對整個試樣凝固組織的研究發(fā)現(xiàn),縱向磁場的施加引起定向凝固組織中初生相的分布發(fā)生改變。初生相的體積分?jǐn)?shù)隨著定向凝固生長距離的增加而減少,形成初生相的軸向宏觀偏析,而且磁場強(qiáng)度的增加強(qiáng)化了初生相的軸向宏觀偏析。磁場的施加還能導(dǎo)致糊狀區(qū)長度縮短和糊狀區(qū)內(nèi)初生相含量減少,而且隨著磁場強(qiáng)度的增加,糊狀區(qū)長度逐漸縮短,初生相含量逐漸減少,這與縱向磁場下初生相的軸向宏觀偏析的變化一致。另外,溫度梯度的增加和生長速度的降低會強(qiáng)化磁場對初生相軸向宏觀偏析的作用效果。以上結(jié)果歸因于熱電磁流動、重力和定向凝固過程中糊狀區(qū)溫度分布對溶質(zhì)軸向遷移和初生相生長的影響。對于初生相為顆粒狀的Al-21 wt.%Si合金,磁場的施加會導(dǎo)致糊狀區(qū)初生相界面發(fā)生改變,準(zhǔn)平界面→U型界面→平界面。隨著準(zhǔn)平界面轉(zhuǎn)變成U型界面,初生Si相徑向宏觀偏析的形成。以上結(jié)果歸因于定向凝固過程中糊狀區(qū)溫度分布和縱向磁場下熱電磁流動對溶質(zhì)遷移和初生相生長的影響。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.21;TB34

【參考文獻(xiàn)】

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1 景財良;田志紅;王新華;;用于鑄坯凝固的簡易微觀偏析模型[J];鋼鐵研究學(xué)報;2013年06期

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3 高學(xué)鵬;李新濤;郄喜望;吳亞萍;李喜孟;李廷舉;;功率超聲對Al-Si合金凝固過程中溶質(zhì)偏析的抑制效應(yīng)[J];物理學(xué)報;2007年02期

4 張邦文,任忠鳴,王暉,李喜,壯云乾;合金凝固過程中晶粒磁取向的動力學(xué)研究[J];金屬學(xué)報;2004年06期

5 陳福義,介萬奇;Al-Cu-Zn合金微觀偏析的實驗和Scheil模型研究[J];金屬學(xué)報;2004年06期

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本文編號：2593881