本文關(guān)鍵詞：半固態(tài)鋁合金—稀土初生α相在混沌對流中的凝固形貌演化規(guī)律

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【摘要】：半固態(tài)技術(shù)發(fā)展至今雖然僅有短短幾十年的歷史,但它擁有廣闊的應(yīng)用前景與獨道的技術(shù)優(yōu)勢使之在國內(nèi)外得到飛速的發(fā)展。半固態(tài)成形的關(guān)鍵技術(shù)之一就是半固態(tài)合金熔體制備技術(shù),所以熔體流動狀態(tài)對合金元素的傳輸、晶粒的長大、溫度場的分布、最終的合金組織形貌,以至于能否獲得合格的半固態(tài)漿料影響極大。本文將混沌理論與半固態(tài)技術(shù)相結(jié)合,主要研究了熔體混沌特性對半固體合金凝固組織形貌的影響。本研究將實驗與模擬相結(jié)合,采用Fluent軟件中的MHD模塊和標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型,在電磁場作用下,模擬結(jié)晶器內(nèi)部熔體的溫度場及熔體微粒質(zhì)點的運動軌跡,得知在電磁攪拌參數(shù)為30Hz、15s時,熔體溫度場分布最均勻,其微粒運動軌跡最復(fù)雜。通過Lyapunov指數(shù)、分形維數(shù)和Kolmogorov熵三個混沌特征量的計算與判斷,得知電磁攪拌時間和攪拌頻率是影響凝固系統(tǒng)混沌程度的兩個重要因素。在施加適當(dāng)?shù)碾姶艛嚢柘?其熔體內(nèi)部能誘發(fā)混沌對流。計算得出了分形維數(shù)和Kolmogorov熵值隨著攪拌頻率的增加而增大,也隨著其攪拌時間的延長而增加,所以混沌并非是混亂的現(xiàn)象,其內(nèi)部依然具有可控因素。同時,在電磁攪拌參數(shù)為30Hz、15s時,熔體內(nèi)部的混沌程度最大,其分形維數(shù)為2.240,Kolmogorov熵值為6722.4nat/s。結(jié)合實驗,選擇A356鋁合金為基體原料,通過低頻率電磁攪拌誘發(fā)的混沌對流,探究在其作用下不同電磁攪拌頻率、時間及不同稀土元素La和Yb對半固態(tài)A356鋁合金初生a相的影響。得出了在低過熱度澆注下,在電磁攪拌參數(shù)為30Hz、15s時合金凝固組織形貌達(dá)到最佳。此時,半固態(tài)A356-Yb合金初生相平均等積圓直徑為60.28μm,平均形狀因子為0.78；而半固態(tài)A356-La合金初生相平均等積圓直徑為65.36μm,平均形狀因子為0.75,可見稀土Yb比稀土La影響混沌對流所表征出的初生相更為細(xì)小圓整。再利用30Hz、15s的攪拌參數(shù),添加不同比例的二元稀土元素La和Yb,探究了稀土元素在電磁場誘發(fā)的混沌對流下對凝固組織形貌的規(guī)律及影響因素。得出了當(dāng)稀土添加量為0.8%La+0.5%Yb時,合金組織形貌達(dá)到最優(yōu),其初生αα相的平均等積圓直徑為62.47μtm,平均形狀因子為0.72。通過實驗研究,獲得了制備半固態(tài)A356鋁合金漿料合適的工藝參數(shù)。本文的創(chuàng)新之處：借助混沌理論,詳細(xì)的探討了電磁場作用下混沌對流在半固態(tài)鋁合金熔體中初生α相形貌的演變行為和理論,以及在電磁場作用下稀土擴(kuò)散和分布規(guī)律的表征方法,同時在該理論和方法的指導(dǎo)下,為探索工業(yè)制各高性能半固態(tài)鋁合金的新工藝及其高效經(jīng)濟(jì)的控制理論與技術(shù)打下基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：A356鋁合金 混沌對流 電磁攪拌 稀土元素 初生α相
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG292
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-21
• 1.1 半固態(tài)加工成形技術(shù)概述8-10
• 1.1.1 半固態(tài)加工技術(shù)簡介8
• 1.1.2 半固態(tài)成形技術(shù)的優(yōu)點8-9
• 1.1.3 半固態(tài)合金熔體制備技術(shù)簡介9
• 1.1.4 半固態(tài)流變成形技術(shù)簡介及進(jìn)展9-10
• 1.1.5 半固態(tài)加工技術(shù)的現(xiàn)狀10
• 1.2 半固態(tài)漿料制備技術(shù)概述10-15
• 1.2.1 半固態(tài)漿料制備技術(shù)簡介10-11
• 1.2.2 半固態(tài)漿料制備方法11-13
• 1.2.3 電磁攪拌技術(shù)對半固態(tài)漿料的應(yīng)用13-15
• 1.3 半固態(tài)合金微觀組織形貌的參數(shù)描述15-16
• 1.4 混沌理論的概述16-20
• 1.4.1 混沌理論的簡介及發(fā)展16
• 1.4.2 熔體流動對合金凝固的影響16-19
• 1.4.3 計算機(jī)模擬表征混沌現(xiàn)象的應(yīng)用19-20
• 1.5 課題研究目的和主要內(nèi)容20-21
• 第二章 模擬研究路線和計算方法21-34
• 2.1 引言21-22
• 2.2 流體力學(xué)軟件Fluent的模擬分析22-23
• 2.2.1 幾何建模和網(wǎng)格劃分22-23
• 2.2.2 模型計算及參數(shù)設(shè)置23
• 2.3 不同電磁攪拌頻率下熔體溫度場分布及微粒軌跡模擬23-26
• 2.4 基于Matlab對混沌特征量的判斷、計算及分析26-31
• 2.4.1 Lyapunov指數(shù)的計算26-28
• 2.4.2 分形維數(shù)的計算28-30
• 2.4.3 Kolmogorov熵的計算30-31
• 2.5 討論31-33
• 2.6 本章小結(jié)33-34
• 第三章 實驗方案、材料及設(shè)備34-40
• 3.1 實驗材料34-36
• 3.1.1 合金的選擇34-35
• 3.1.2 稀土細(xì)化劑的選擇35
• 3.1.3 實驗設(shè)備的選擇35-36
• 3.2 實驗方案設(shè)計36-38
• 3.2.1 電磁場作用下誘發(fā)混沌對流對合金微觀組織的影響36-37
• 3.2.2 混沌對流下二元稀土元素對合金微觀組織的影響37-38
• 3.3 試樣分析與處理38-40
• 3.3.1 差熱分析38
• 3.3.2 金相試樣的制取與觀察38
• 3.3.3 XRD物相分析38
• 3.3.4 掃描電鏡及能譜對顯微組織的觀察及分析38-40
• 第四章 電磁場誘發(fā)混沌對流對合金微觀組織的影響40-51
• 4.1 引言40
• 4.2 稀土的選擇40-41
• 4.3 混沌對流下不同稀土元素對半固態(tài)A356合金微觀組織的影響41-47
• 4.3.1 混沌對流下La對半固態(tài)A356合金微觀組織的影響41-43
• 4.3.2 混沌對流下稀土Yb對半固態(tài)A356合金微觀組織的影響43-44
• 4.3.3 實驗結(jié)果和分析44-47
• 4.4 討論47-49
• 4.4.1 溫度場對合金微觀組織的影響47-48
• 4.4.2 不同混沌程度對合金微觀組織的影響48-49
• 4.5 本章小結(jié)49-51
• 第五章 混沌對流下二元稀土對合金微觀組織的影響51-58
• 5.1 引言51
• 5.2 實驗工藝及過程51-52
• 5.3 實驗結(jié)果與分析52-55
• 5.3.1 電磁攪拌下不同稀土添加量對合金初生 α 相的影響52-54
• 5.3.2 電磁攪拌下不同稀土添加量對合金共晶組織的影響54-55
• 5.4 討論55-57
• 5.5 本章小結(jié)57-58
• 第六章 結(jié)論與展望58-60
• 參考文獻(xiàn)60-67
• 致謝67-68
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果68-69

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本文編號：638052