铝合金具有强度高、可加工性能良好、耐腐蚀性能优异等特点,广泛应用于航空航天、汽车生产、建筑材料等制造业,是除钢铁外应用最为广泛的第二大合金。部分铝合金作为可加工型材,其铸锭的质量直接影响合金的加工性能。但铝合金的铸锭组织具有大晶粒,组织不均匀,枝晶网粗大等缺点,其产生的遗传效应将对最终的成品组织和性能产生直接影响。据此,课题以6005A、7N01和7A99三种铝合金作为研究对象,采用温度记录仪记录铝合金铸造过程中各点的温度变化情况,通过对不同冷却速率下铝合金的组织和性能进行定量分析,研究铸造冷却速率对铝合金组织和性能的影响。首先分析合金的凝固过程。从楔形铜模顶部到尖端方向,6005A、7N01和7A99铝合金的冷却速率逐渐增大,过冷度增加,平台持续时间变长。当冷却速率增加时,6005A、7N01和7A99铝合金液相线温度降低,6005A的Mg2Si相的生成温度将会降低,7A99的低熔点共晶组织生成温度降低。其次利用XRD分析冷却速率对晶格畸变的影响。6005A铝合金发生负畸变,冷却速率增大会使6005A铝合金的晶格畸变程度降低,固溶度减小;7N01铝合金均发生正畸变,冷却速率增大会使7N01铝合金的晶格畸变程度增加,固溶度增加;7A99铝合金均发生正畸变,冷却速率增大会使7A99铝合金的晶格畸变程度减小,固溶度降低。再次研究冷却速率对合金组织和性能的影响。楔形模铸造铝合金的宏观组织为:在紧贴模壁的部分生长了垂直于模壁方向的亮白色的柱状晶,并且从模具尖端到保温帽方向柱状晶长度逐渐变短;在试样中部和保温帽为自由生长的等轴晶。冷却速率的增加能显著减小合金的晶粒尺寸,但会增加组织的不均匀性。铸态6005A铝合金的第二相主要为Mg2Si相和Al5FeSi相,并且随着冷却速率的增加,Mg2Si相的数量明显增加,Al5FeSi相由长条状变为鱼骨状。铸态7N01铝合金的第二相主要为少量的MgZn2相,随着冷却速率的增加,MgZn2相尺寸明显变小。铸态7A99铝合金的共晶相主要为片层状MgZn2相,随着冷却速率的增加,MgZn2相尺寸减小。铸造过程中快的冷却速率有利于提升三种铝合金的硬度,但会使合金的导电性能基本不变。最后,通过ProCAST软件对7A99的低压金属型铸造过程进行模拟发现,方案一为小冷速低温浇注快充,冷却速率2℃/s,浇注温度700℃,充型时间97 s,充型速度2 kg/s。模拟结果为:充型速度大,有热裂纹倾向,且缩松缩孔倾向严重。方案二为大冷速高温浇注慢充:冷却速率4℃/s,浇注温度750℃,充型时间194 s,充型速度1 kg/s。模拟结果为:充型平稳,温度场分布按自上而下的顺序凝固,所以未出现缩孔缩松倾向,但圆柱形铝锭模中心部位热裂倾向较为严重。调整模拟参数,获得最佳方案为冷却速度为3℃/s,浇注温度为720℃,充型速度为1.2kg/s,充型时间为162 s,铸型温度预热到260℃,从而获得了无缩孔缩松缺陷、热裂倾向性很小的计算机模拟结果。