不同成形方式及热处理对A356铝合金组织与性能的影响

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zy07021023
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在能源和环境问题日益严重的当代社会,汽车制造业亟需一种强度高、质量轻、散热好的材料来满足市场的需求。Al作为地壳储量最大的金属元素,纯物质的热导率高达237 W/(m·K)仅次于Au、Ag、Cu三种贵金属,而密度仅2.7 g/cm~3,将其适当的加工将有望获得高强高韧高导的金属材料。目前广泛应用的传统的铸造或锻造工艺都难以满足节能高效的要求,于是同时兼备铸锻工艺优势的挤压铸造应运而生。通过挤压力的介入,有效的提高了成形件的质量。本文基于金属型铸造与挤压铸造两种铸造工艺,同时引入半固态制浆方法,以A356铝合金为研究对象,对充型凝固过程进行数值模拟及成形试验,并对制件的组织和性能的进行观察和测试,后续进行热处理,对比分析成形方式及热处理对A356铝合金成形件质量特别是导热性能的影响,以期为高强高导铝硅合金的相关研究提供参考。本文选用ProCAST软件模拟了液态挤压铸造和半固态挤压铸造成形件的充型和凝固过程,初步分析了不同状态浆料充型时的温度场、补缩能力和缺陷分布,同时确定了可行的工艺参数,为成形试验及组织分析提供了依据。按确定的工艺参数进行了成形试验,得出不同成形方式对成形件的组织和性能的影响。挤压铸造增大了凝固时的过冷度,提高了形核率,成形件晶粒细化,组织致密,力学性能优异,导热性能也有所提升;经过半固态制浆后,挤压铸造成形件进一步消除了铸造缺陷,组织致密性更好,综合性能大幅提高。半固态挤压铸造使力学和导热性能在最大程度上协调发展,丰富了A356合金的应用场景。通过控制变量法对各成形件分别进行了T4和T6热处理,借助Material Studio第一性原理软件建模并计算,明确了热处理制度对合金组织和性能的影响。随着固溶温度的升高,共晶Si相充分破碎球化,消除偏析而在晶界上均匀分布;α-Al相晶粒稍有长大,合金原子向晶内扩散得到过饱和固溶体,对基体形成固溶强化,力学性能大幅上升,导热性能也有所提升,金属型铸造成形件提升效果优于挤压铸造成形件。而时效时间的延长使得固溶组织中的过饱和固溶体内的合金原子充分析出成稳定的第二相,对组织形成弥散强化,进一步高合金的力学性能和导热性能,半固态挤压铸造成形件提升效果为明显。使得A356铝合金热导率最高达到192.79 W/(m·K)。
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