随着人们对智能生活的需求日趋强烈,机器人技术的研究和开发也得到深入发展。在机器人材料的选择上,铝基合金因轻量化表现出强大的优势,但其综合性能仍有待提高。由于定向凝固技术在一定程度上能消除铝基合金的横向晶界,达到提高材料综合性能的目的,因而利用定向凝固工艺制备出优质性能的铝基合金铸件对机器人材料的优化改进具有重要意义。本实验采用液态金属冷却法(Liquid Metal Cooling Method),在Bridgman型真空炉中以不同拉伸温度(700℃,750℃和800℃)对6061型铝基合金棒加温熔炼,后由抽拉装置以不同抽拉速度(20μm/s,50μm/s,100μm/s和150μm/s)自下而上拉伸使之定向凝固。利用万能拉伸机和显微硬度计分别对成形铸件进行测试,并用扫描电子显微镜观察其微观组织,研究真空定向凝固工艺参数对6061型铝基合金的力学性能和微观组织的影响。实验中温度场的变化情况无法具体观测,因而利用Pro CAST软件对定向凝固过程的温度场进行数值模拟,研究定向凝固工艺参数对铸件成形质量的影响。通过实验研究和数值分析得出以下结论:(1)当抽拉速度一定而拉伸温度不同时,铸件的抗拉强度和断裂总伸长率随拉升温度的升高先增加后略有减小,在拉伸温度为750℃时最高,抗拉强度达到182.51MPa且断裂总伸长率达到了33.68%。铸件的显微硬度随温度升高整体呈现上升趋势,在拉伸温度为800℃时最大,达到56.77HV。观察其微观组织可以发现,铸件的晶粒随着温度的升高逐渐增多,晶粒间距随之减小,力学性能提高。然而拉伸温度至800℃时,铸件出现的裂缝等缺陷导致铸件的拉伸性能略有下降。(2)在拉伸温度一定而抽拉速度不同时,铸件的抗拉强度在抽拉速度为50μm/s时铸件的抗拉强度最佳,高达183.31MPa,而在抽拉速度为150μm/s时,铸件的显微硬度最高,达到67.66HV。从微观上考虑,随着抽拉速度的升高,铸件的晶粒逐渐增多,其间距逐渐减小,力学性能因而提高。随着抽拉速度的提高,部分化合物来不及冷却就被凝固合金组织包围,无法散发的热量熔断部分周围的枝晶,造成了小部分的缺陷导致力学性能有所下降。(3)基于铸件重熔及凝固过程中的数值模拟分析了温度场和凝固过程的变化,并研究了工艺参数对定向凝固微观组织的影响。当拉伸温度为750℃时铸件凝固组织最佳,温度过大或过小,都会造成晶粒生长缓慢、不平稳,以及晶粒间距过大等问题。拉伸温度越高,形成缩孔、缩松的趋势越强,实验中铸件的缺陷说明了在铝基合金铸造过程数值模拟的实用性。随着抽拉速度的增加,晶粒越来越细,晶粒间距越来越紧密,而枝晶生长速率先随着抽拉速度的增加而增大,后随着抽拉速率的增大铸件减小。