本文關(guān)鍵詞：添加Zr、La元素的Al-Zn-Mg-Cu合金凝固過程模擬及性能研究

  更多相關(guān)文章： Al-Zn-Mg-Cu鋁合金 ProCAST 數(shù)值模擬 顯微組織 拉伸性能

【摘要】：Al-Zn-Mg-Cu(7000)系鋁合金具有高的比強(qiáng)度,較高的韌性和較好的耐蝕性等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用到航空航天和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。而航空航天器材的輕量化要求Al-Zn-Mg-Cu系合金具有更高的強(qiáng)度、韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能。但是,現(xiàn)有鋁合金處理工藝在高強(qiáng)度-高韌性-高抗應(yīng)力腐蝕方面存在不可協(xié)調(diào)性。通過優(yōu)化鑄造工藝、合金成分和熱處理工藝,可以改善鋁合金的綜合性能。其中,微合金化對鋁合金的性能提升具有顯著效果。然而,關(guān)于添加微量Zr、La元素的7000系合金的研究鮮有報(bào)道。本文運(yùn)用ProCAST軟件模擬添加Zr、La元素的Al-Zn-Mg-Cu合金的凝固過程,優(yōu)化出最佳工藝參數(shù),并結(jié)合實(shí)驗(yàn)和相關(guān)性能測試,從而獲得良好質(zhì)量的鋁合金鑄件。本文主要研究結(jié)果如下:(1)微量Zr、La元素的加入,可與鋁合金發(fā)生作用,細(xì)化鑄態(tài)晶粒,提高力學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn):0.1Zr、0.2La為Al-Zn-Mg-Cu合金的最佳添加量。(2)運(yùn)用ProCAST模擬軟件建立了Al-Zn-Mg-Cu-0.1Zr-0.2La鋁合金的熱力耦合模型、物性參數(shù)及其他相關(guān)參數(shù),最后計(jì)算了合金的充型凝固過程。分析了不同條件下溫度場、應(yīng)力場的分布規(guī)律,優(yōu)化出最佳的澆注工藝。其中鑄件最佳的澆注工藝參數(shù)為:澆注溫度740℃,模具溫度210℃,澆注速度780mm/s。對最佳工藝參數(shù)下鑄件的流場、集中縮孔、微觀組織和裂紋進(jìn)行了模擬分析,模擬結(jié)果基本符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(3)根據(jù)ProCAST模擬軟件優(yōu)化的澆注工藝參數(shù),分別澆注出Al-Zn-Mg-Cu、Al-Zn-Mg-Cu-0.1Zr-0.2La合金鑄件,對合金的拉伸性能和斷口形貌進(jìn)行了研究分析。拉伸實(shí)驗(yàn)表明:0.1Zr、0.2La的添加,使固溶時(shí)效處理后的合金的抗拉強(qiáng)度得到明顯提高;拉伸斷口形貌分析表明:0.1Zr、0.2La的添加,使合金的斷裂方式從沿晶斷裂變?yōu)轫g窩型穿晶斷裂,提高了合金的韌性。
【關(guān)鍵詞】：Al-Zn-Mg-Cu鋁合金 ProCAST 數(shù)值模擬 顯微組織 拉伸性能
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG292
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 緒論7-21
• 1.1 工程背景及意義7-8
• 1.2 Al-Zn-Mg-Cu系合金的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展8-11
• 1.2.1 國外研究8-10
• 1.2.2 國內(nèi)研究10-11
• 1.3 各元素的作用11-13
• 1.3.1 主要合金元素11-12
• 1.3.2 微量元素的作用12
• 1.3.3 雜質(zhì)元素的作用12-13
• 1.4 鋁合金的各種強(qiáng)化機(jī)理13-15
• 1.5 超高強(qiáng)鋁合金的熱處理工藝15-16
• 1.6 鑄件凝固過程數(shù)值仿真發(fā)展概況16-18
• 1.6.1 國外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.6.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀18
• 1.7 本課題的主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線18-21
• 1.7.1 研究內(nèi)容18-19
• 1.7.2 技術(shù)路線19-21
• 第二章 實(shí)驗(yàn)樣品制備及試驗(yàn)方法21-26
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備21
• 2.2 材料選擇及試樣制備21-24
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料21-22
• 2.2.2 試樣制備過程22-24
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法24-26
• 2.3.1 添加不同Zr、La元素鋁合金的組織觀察24
• 2.3.2 添加不同Zr、La元素鋁合金的硬度測試24-25
• 2.3.3 添加不同Zr、La元素鋁合金的拉伸測試25
• 2.3.4 添加不同Zr、La元素鋁合金的拉伸斷口形貌分析25-26
• 第三章 Al-Zn-Mg-Cu-x Zr-x La合金成分優(yōu)化26-31
• 3.1 引言26
• 3.2 Zr、La元素對合金金相組織和硬度的影響26-28
• 3.2.1 不同Zr、La元素含量的合金金相組織26-27
• 3.2.2 不同Zr、La元素含量的合金硬度27-28
• 3.3 鑄態(tài)合金SEM組織28-29
• 3.4 均勻化處理對合金金相組織的影響29-30
• 3.5 本章小結(jié)30-31
• 第四章 Al-Zn-Mg-Cu-0.1Zr-0.2La合金凝固過程數(shù)值模擬及分析31-55
• 4.1 引言31
• 4.2 ProCAST軟件簡介31-32
• 4.2.1 鑄造模擬軟件ProCAST介紹31
• 4.2.2 ProCAST模擬流程31-32
• 4.3 數(shù)值模擬計(jì)算基本理論32-36
• 4.3.1 充型過程數(shù)值模擬32-34
• 4.3.2 凝固過程數(shù)值模擬34-35
• 4.3.3 縮孔縮松的預(yù)測35-36
• 4.4 澆注過程的模型建立36-39
• 4.4.1 模擬鑄造系統(tǒng)的網(wǎng)格建立36-37
• 4.4.2 Al-Zn-Mg-Cu-0.1Zr-0.2La合金物性參數(shù)設(shè)置37-38
• 4.4.3 Al-Zn-Mg-Cu-0.1Zr-0.2La合金邊界條件的設(shè)置38-39
• 4.5 充型凝固過程模擬分析39-50
• 4.5.1 澆注溫度對鑄件充型凝固過程的影響39-42
• 4.5.2 模具溫度對鑄件充型凝固過程影響42-46
• 4.5.3 澆注速度對鑄件充型凝固過程的影響46-50
• 4.6 最佳工藝參數(shù)條件下模擬分析50-53
• 4.6.1 充型凝固過程的流場分析50-51
• 4.6.2 充型凝固過程的集中縮孔分析51-52
• 4.6.3 充型凝固過程的應(yīng)力場分析52
• 4.6.4 充型凝固過程的微觀組織分析52-53
• 4.7 本章小結(jié)53-55
• 第五章 Al-Zn-Mg-Cu-0.1Zr-0.2La合金鑄件性能研究55-58
• 5.1 引言55
• 5.2 合金鑄件拉伸性能測試55-56
• 5.3 拉伸斷口分析56-57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 第六章 結(jié)論與展望58-60
• 6.1 結(jié)論58-59
• 6.2 展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文64-65
• 致謝65-66

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本文編號：569832