铝熔体中杂质Fe扩散行为及熔剂润湿行为的分子动力学模拟与试验

来源 :福州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wjwjwwj
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
本文主要围绕铝熔体中杂质Fe的扩散行为和熔剂与铝熔体中Al2O3及与铝熔体的润湿行为进行分子动力学模拟研究,并结合熔剂对ZL108铝合金熔体净化处理的试验研究,旨在探讨熔体净化处理对铝熔体中杂质Fe扩散和聚集的影响规律,以及对合金组织和性能的影响规律,为熔剂的选择提供依据,在此基础上进一步分析合金组织中Al2O3夹杂和杂质Fe的关系,为实际生产提供理论和实践依据。主要研究结果如下:(1)Al2O3含量和熔体温度是影响杂质Fe在铝熔体中扩散和聚集的重要因素。在熔体温度为700~800℃范围内,Al2O3含量对铝熔体中杂质Fe聚集程度的影响比熔体温度的影响显著。当铝熔体温度一定时,铝熔体中Al2O3含量越多,杂质Fe的聚集程度越高;在相同Al2O3含量的铝熔体中,随着熔体温度升高,杂质Fe的运动能力不断增强,不易在铝熔体中聚集。(2)铝熔体中富铁相的产生必须经过杂质Fe的富集和形核长大的过程,铝熔体中Al2O3夹杂的存在是影响这个过程的主要因素。Al2O3分子破坏了铝熔体中原子的有序排列,从而使铝熔体中产生空位。空位对杂质Fe的吸附作用是造成杂质Fe在铝熔体中富集的原因,而杂质Fe的富集又为其后续依附于Al2O3夹杂上形核长大创造条件。因此,铝熔体中的Al2O3夹杂是影响杂质Fe富集和形核长大的主要因素。(3)熔剂组成和熔体温度是影响熔剂与铝熔体中Al2O3润湿行为的重要因素,在熔体温度为700~800℃范围内,熔体温度对熔剂与铝熔体中Al2O3润湿行为的影响比熔剂组成的影响显著。当铝熔体温度一定时,排杂熔剂与铝熔体中Al2O3的润湿能力及与铝熔体的分离能力比常规熔剂好,随着熔体温度升高,常规熔剂和排杂熔剂与铝熔体中Al2O3的润湿效果逐渐提高,但两者与铝熔体的润湿程度无明显区别,几乎均不与铝熔体润湿。(4)排杂熔剂组成中存在较高的碱金属F-离子含量,可能产生更多的自由F-离子与Al2O3中的O2-离子发生易位,生成中间态铝氧氟络合离子,促进Al2O3的溶解并降低熔体的粘度,促使吸附氧化夹杂物的熔剂球状化,使其易从铝熔体中分离出来。此外,排杂熔剂中少量的碳酸盐和硫酸盐也可增强熔剂的流动与分散,改善夹杂物的扩散条件,使夹杂物能够扩散进入熔剂层而与熔剂进行充分接触,从而提高了熔剂的排杂能力,因此排杂熔剂的净化效果比常规熔剂好。(5)合金中的含杂量是影响杂质Fe生长行为的重要因素,铝熔体纯净度越高,杂质Fe在铝熔体中越难以富集,形成有害合金力学性能的富铁相的可能性就越小。未处理的合金中含杂量较高,能够促使铝熔体中杂质Fe的富集,容易形成有害合金力学性能的富铁相,因此合金的力学性能较差;排杂熔剂处理后的合金中含杂量较低,杂质Fe难以在铝熔体中富集,不易形成有害合金力学性能的富铁相,因此合金表现出了较好的力学性能。
其他文献
思想实验是认识主体遵循有形实验的模式和规范而进行的一种探索性思维活动,而建构主义学习是有效促成自主学习的经典范式,二者的结合将有效引导学生易于、乐于实现意义建构,提升整体教学品质,促进创新型人才培养目标的实现。该研究以线上线下混合式教学模式为载体,在建构学习的输入和输出端之间进行教学设计,引入基于思想实验的思维导图评价体系,形成若干以疾病为标签、以探究疾病机制为主线的教学模块。该模块以思想实验作为
期刊
随着宇航技术的发展,太空活动亦日益频繁。空间机器人技术的飞速发展使复杂空间任务成为可能。空间机器人能协助宇航员进行航天器在轨维护任务,提升任务的效率和作业范围,降低了宇航员所面临的系列风险。太空中处于自由漂浮状态的空间机器人系统,一般需对载体姿态进行控制以满足与基站的实时通讯测控需求。在此背景下,本文研究了空间机械臂捕获航天器操作,其主要分为两个步骤:控制机械臂运动使末端执行器处于捕获位置和机械臂
学位
磁脉冲焊接技术因时间极短,无热影响区等特点,尤其适用于Al/Fe异质金属材料的连接。Al/Fe磁脉冲焊接界面中的无序扩散区域宽度仅十几纳米,目前的实验条件只能通过显微技术手段观察和分析焊接界面的最终组织结构来推测其中间过程,难以跟踪研究界面的形成过程和界面处原子扩散行为。为此,本文采用分子动力学(MD)模拟与显微观测技术相结合的方法,研究Al/Fe异质金属磁脉冲焊接过程,分析焊接过程体系的微观演变
学位
超级马氏体不锈钢(SMSS)的性能优异、生产成本较低,如今已被广泛用于生产油气开采及输送设备的零部件。近年来,全球对油气的需求日益增长,推动油气开采产业不断向环境恶劣的地区延伸,对SMSS的性能提出了更高要求。为了进一步改善综合性能,满足更为严苛的工况,SMSS有向着高Cr型发展的趋势。基于上述原因,本文自行设计了一种新型Cr17 SMSS,对其进行不同工艺的热处理。采用Thermo-Calc模拟
学位
电磁铆接作为一种机械连接技术,已被广泛应用在航空航天领域。与气铆和压铆相比,电磁铆接成形时间短,加载速率高,铆钉镦头以绝热剪切方式发生变形,其动态塑性变形行为和变形机理的研究尤为重要。本文以铝合金铆钉(2A10和7050)为研究对象,通过数值模拟、工艺试验和组织观察等手段,研究铆钉动态塑性变形行为和镦头绝热剪切带的演变规律,揭示其变形机理。通过静态压缩和霍普金森压杆试验,获得不同应变速率和温度下的
学位
城市燃气是现代化城市的重要组成部分,它广泛应用于城市发展的生产和生活中。管道是输送燃气最重要的载体,随着能源消耗的日益增多,燃气管道得到日益广泛的应用。由于燃气管道周边环境和输送介质的复杂性,一旦发生事故不仅会造成人员伤亡和财产损失,还会影响社会正常秩序。因此,开展城市燃气管道风险评价,找到管段中的薄弱环节,预测可能发生破坏的管道区域,保障其安全运行具有十分重要的意义。在燃气管道风险评价与剩余强度
学位
镁合金由于具有低密度、比强度高和切削性好等优点广泛地应用于航天航空、电子和汽车等领域中。但是,镁合金室温下滑移系少,塑性差,加工成形较困难;温热环境下滑移系被激活,易发生动态再结晶,塑性好。超声振动辅助塑性成形技术,具有降低成形力、减小摩擦和提高成形质量等优点。超声振动的研究一般处于常温环境中,在温热条件下超声振动对材料的影响尚未明确。且热振联合辅助拉伸变形行为和本构建模缺乏系统的研究。本文针对这
学位
基于熔化极气体保护焊的电弧增材制造技术具有沉积效率高、生产成本低和自动化程度高等优势,被广泛应用于金属零件的快速成型。传统电弧增材制造普遍存在成形质量差和精度不足的缺点,在电弧增材制造中施加外部纵向磁场可以改变电弧的热量分布和熔滴过渡过程,有利于提高增材质量和成形精度。目前外加纵向磁场的电弧增材制造技术的研究主要基于实验结果,理论研究还不足。为此,本文利用数值模拟的方法,开展外加纵向磁场电弧增材制
学位
磁流变液是一种新型智能材料,具有独特的流变效应,在机械工程、汽车工业、精加工等领域应用广泛。磁流变液制动器是典型的磁流变装置,具有快速可调、运行平稳、能耗低、无污染等优点。然而,磁流变液中磁性颗粒不可避免的沉降现象、颗粒自磨损及其与制动器工作面的摩擦问题,制约了磁流变制动器工作性能的进一步提升,因此磁流变液的抗沉降与耐摩擦性研究具有重要的应用价值。本文围绕高性能制动器的磁流变特性,开展制动器中磁流
学位
随着电弧增材制造的应用前景愈发可观,为了提高生产效率,减少材料损耗,对于电弧增材的需求也愈发明显。在电弧增材制造过程中,随着熔积层数的增加,热积累使得熔积层的两侧液体金属下淌,造成熔积层形貌差,尺寸精度低。磁控技术通过施加非接触电磁力作用于熔池中,改变液态金属的受力情况和热输入变化,从而达到调控熔池成形,改善熔积层形貌的目的,因此将磁场用于电弧增材制造中具有重要意义。本文研究了外加纵向磁场对GMA
学位