SiCp/ZL101A復(fù)合材料在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于鑄造成型,因此研究其熔體制備、組織性能和鑄造特性很有必要。本文基于Ansys Fluent軟件模擬攪拌鑄造過(guò)程中的攪拌流場(chǎng),以模擬計(jì)算結(jié)果為指導(dǎo),采用半固態(tài)攪拌鑄造工藝制備SiCp/ZL101A復(fù)合材料,通過(guò)金相顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡觀察分析了復(fù)合材料的顯微組織,研究了熱擠壓工藝和熱處理工藝對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響,最后基于Procast模擬研究了復(fù)合材料鑄造流動(dòng)性的影響因素。通過(guò)Ansys軟件包中Design Modeler軟件進(jìn)行攪拌鑄造設(shè)備（包含攪拌槳、攪拌軸和坩堝）的建模,使用Mesh劃分網(wǎng)格并設(shè)置幾何集,再基于商用CFD軟件Ansys Fluent,選擇MRF模型、多相流模型中的Mixture模型、湍流模型中的k-e模型,模擬計(jì)算攪拌槳高度、攪拌槳槳葉數(shù)量、攪拌槳轉(zhuǎn)速對(duì)坩堝內(nèi)攪拌流場(chǎng)（主要有壓力場(chǎng)、流速場(chǎng)和湍流場(chǎng)）的影響,分析了攪拌槳轉(zhuǎn)速對(duì)SiC顆粒分布的影響。模擬研究發(fā)現(xiàn),攪拌槳的高度在熔體高度的10%-30%之間、攪拌槳槳葉數(shù)量越大、攪拌槳轉(zhuǎn)速在1200rpm附近時(shí),對(duì)SiC顆粒的均勻分布較為有利。通過(guò)半固態(tài)攪拌鑄造制... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

螺旋砂型模具測(cè)試設(shè)備示意圖[54]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-10-一般材料性能的評(píng)價(jià)方法要求具有可重復(fù)性和可比較性，材料鑄造流動(dòng)性的測(cè)量往往因?yàn)楦鞣N因素的影響而無(wú)法重復(fù)和比較。現(xiàn)在材料流動(dòng)性的評(píng)價(jià)[54]一般有兩種方法：螺旋砂型模具法和帶型模具法。螺旋砂型模具測(cè)試設(shè)備如圖1-1所示，主要由一個(gè)澆注杯、一個(gè)短的圓錐形澆口、一個(gè)連接到氣缸的塞子棒和一個(gè)硅砂模具組成。帶型模具測(cè)試設(shè)備如圖1-2所示，主要由長(zhǎng)度相同而截面大小不同的長(zhǎng)通道、絕緣澆注套管、兩個(gè)半圓柱組成的澆注系統(tǒng)等組成。圖1-1螺旋砂型模具測(cè)試設(shè)備示意圖[54]a)頂視圖;b)塞子棒、澆注杯、砂型側(cè)面圖(尺寸單位為mm);c)開模和鑄件樣品圖1-2帶型模具測(cè)試設(shè)備示意圖[54]a)帶型模具的頂視圖和側(cè)視圖(尺寸單位mm);b)開模和鑄件樣品1.4.2鋁基復(fù)合材料鑄造流動(dòng)性的模擬目前關(guān)于復(fù)合材料鑄造流動(dòng)性的模擬目前還比較少。鑄造流動(dòng)性模擬大多是基于Procast進(jìn)行的，但是Procast由于自身局限性，無(wú)法直接模擬顆粒和基體形成的兩相流，因此目前大多數(shù)模擬方法都是先行計(jì)算復(fù)合材料在特定條件下的物性參數(shù)，再基于Procast進(jìn)行復(fù)合材料鑄造流動(dòng)性的模擬。蘇大為[55]等基于Procast進(jìn)行了Al2O3/A356.2復(fù)合材料的鑄造流動(dòng)性模

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-13-中，升溫至800℃，保溫2小時(shí)。同時(shí)將鈮坩堝升溫至300℃，將鋁液倒入其中，熔體呈現(xiàn)半固態(tài)，半固態(tài)溫度為590℃，然后加入在400℃的爐子中預(yù)熱120s的SiC顆粒，進(jìn)行機(jī)械攪拌，轉(zhuǎn)速控制在800rpm-1200rpm。轉(zhuǎn)速要控制合適，轉(zhuǎn)速太大，容易造成熔體吸入氣體過(guò)多；轉(zhuǎn)速太小，容易造成顆粒在熔體中團(tuán)聚分布。機(jī)械攪拌30min后開始升溫，保持轉(zhuǎn)速不變，升溫至605℃后，通入氬氣除氫，降低轉(zhuǎn)速至200rpm以下，不破壞顆粒表面氧化膜，升溫至750℃時(shí)，澆注到300℃預(yù)熱的模具中進(jìn)行重力鑄造。整個(gè)過(guò)程中，鋁液溫度變化如圖2-2所示。圖2-2攪拌鑄造制備SiCp/ZL101A復(fù)合材料過(guò)程中的溫度變化曲線2.2.2熱擠壓工藝SiCp/ZL101A復(fù)合材料的熱擠壓工藝通過(guò)200噸液壓機(jī)來(lái)完成。擠壓溫度設(shè)置為450℃，擠壓比設(shè)置為12:1，擠壓速度為15mm/s左右，在進(jìn)行熱擠壓之前，先行對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行均勻化熱處理，即在500℃的溫度下保溫24小時(shí)。擠壓前，將復(fù)合材料鑄錠和擠壓模具在450℃的溫度下保溫2小時(shí)，并且在擠壓模具和套筒之間涂抹石墨油以達(dá)到減少摩擦阻力的目的。2.3材料組織結(jié)構(gòu)分析2.3.1X射線衍射分析使用Empyrean智能X射線衍射儀，對(duì)SiCp/ZL101A復(fù)合材料進(jìn)行X射

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]半固態(tài)攪拌參數(shù)對(duì)A356-10%B4Cp復(fù)合材料顯微組織的影響[J]. 張雪飛,白景元,管仁國(guó).  材料導(dǎo)報(bào). 2020(10)
[2]SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料攪拌鑄造過(guò)程數(shù)值模擬[J]. 毛安南,頓亞鵬,林錦明,楊偉,杜安棟,張荻.  鑄造. 2020(03)
[3]三葉后掠-HEDT組合槳攪拌釜內(nèi)流場(chǎng)的模擬及實(shí)驗(yàn)[J]. 周勇軍,袁名岳,徐昊鵬,何華,孫建平.  化工學(xué)報(bào). 2019(12)
[4]復(fù)合鑄造A390/SiC復(fù)合材料的顯微組織、力學(xué)和摩擦學(xué)性能（英文）[J]. Javad MOHAMADIGANGARAJ,Salman NOUROUZI,Hamed JAMSHIDI AVAL.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019(04)
[5]SiCp/A357復(fù)合材料流動(dòng)性數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究[J]. 張楨林,張志峰,徐駿,王亞寶,毛衛(wèi)民.  稀有金屬材料與工程. 2018(11)
[6]真空攪拌鑄造SiCP/ZL101A復(fù)合材料顯微組織及力學(xué)性能研究[J]. 李早,王狂飛,南紅艷,郭居魁.  熱加工工藝. 2018(14)
[7]Microstructure and Properties of SiC/Gr Composite Reinforced Aluminum Matrix Composites Material[J]. 游志勇,WANG Zhuo,WEI Yinghui,CAI Laiqiang,ZHANG Jinshan.  Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2018(01)
[8]SiCp/Al復(fù)合材料攪拌鑄造新型攪拌器流場(chǎng)及工藝研究[J]. 張楨林,張志峰,徐駿,張浩,毛衛(wèi)民.  材料導(dǎo)報(bào). 2017(10)
[9]Manufacturing of cast A356 matrix composite reinforced with nano- to micrometer-sized SiC particles[J]. Reza Taherzadeh Mousavian,Rasoul Azari Khosroshahi,Sasan Yazdani,Dermot Brabazon.  Rare Metals. 2017(01)
[10]SiO2/Al復(fù)合材料攪拌鑄造工藝的數(shù)值模擬[J]. 陶辰亮,李文芳,杜軍,王康.  特種鑄造及有色合金. 2016(11)

碩士論文
[1]鋁-碳化硅復(fù)合材料的攪拌鑄造組織致密度研究[D]. 蘇昱.北京交通大學(xué) 2019
[2]石墨/AZ91D半固態(tài)機(jī)械攪拌制備及觸變模鍛成形研究[D]. 盧華領(lǐng).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[3]攪拌罐內(nèi)液固兩相流動(dòng)的模擬研究[D]. 姜曉雪.東北石油大學(xué) 2018
[4]機(jī)械攪拌法制備SiCp/2014Al復(fù)合材料攪拌過(guò)程的數(shù)值模擬研究[D]. 閆禹伯.吉林大學(xué) 2016
[5]A356/SiCp攪拌制備過(guò)程增強(qiáng)顆粒流動(dòng)與分布的研究[D]. 孫鳳振.華南理工大學(xué) 2013
[6]SiCp/A357復(fù)合材料及低壓鑄造工藝研究[D]. 熊斌.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[7]機(jī)械攪拌槽混合過(guò)程的數(shù)值研究[D]. 張偉山.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[8]釔元素對(duì)ZL101A合金組織和性能的影響[D]. 接金川.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2008



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