（材料加工工程专业论文）铝合金的熔体温度处理和电脉冲处理研究.pdf

上海交道大学博士学位论文 销合金熔体温度和毫脉冲处理研究 撼要 随着凝固技术和团簇瑷论的发展，研究和利用熔体结构的嶷化达到改善金 璃袋合金凝硒组织，提商合金力学梅能秘益受弱关注。熔体温度处理工芑怒指将 适当温度的高、低温合金熔体进行混合浇铸，通过台金熔体结构的变化达到改善 凝豳组织，提高力学性熊的目的；电脉、挣处理工艺则通过对适当溢发的会金熔体 施加瞬间强脉冲电流，实现合金熔体结构和凝固组织的改善。本研究采用熔体温 度处理工艺窝电黥誓处理方法，对镪合金熔体及其凝匿鳃织程力学技能送行了系 统懿实验磺究，墩褥了以下主要戏聚： 1 通道正交实验研究了溶体混合方式、高、低温熔体的温度对熔体溢度处 瀵工艺缁纯a 3 5 6 锚合金凝随组织和力学性麓静影响，发现采霜较高溢浚 ( 9 5 0 。c ) 的高温熔体和较低温度( 6 0 0 c ) 的低温熔体通过一定的方式 实现均匀混合后憩够显麓缨化凝嘲缀织；与常规凝固工艺榴比，熔体澄 度处理后，试样的抗拉强度提高约8 6 ，撼伸率提商约4 6 2 。 2 。蠢、 瓤墓熔体摺对数量抟不阕霹熔辱器遗壤处理改善凝固嬷绞有强罄戆影 蛹。实验继浆表爨，毫、低漫熔体艨量比必l ：1 时，熔体漫度处遐后， 试榉豹藻露缀绞缩傀和力学往能静提高激嚣箸；丽商、低溺熔体的相对 鬟耋穗差较大蟊于，羹| j 不稳于试样凝阉组绞缨 毫秘力攀洼髓鹣提商。 3 通过搅拌的方法考察了低温熔体结构对熔体温度处理效果的影响。研究 发现，处于液固鞠间( 6 0 0 。c ) 的低温熔俸结构状态对熔体瀑度她瓒后凝 固组织有赘照著的影响，当低温熔体不经过搅拌时，熔体温度处理后的 凝爨初生技蕊呈瑰撼技状；当低温熔体缀：i 遣适当搅拌后，熔体激度处理 艨扔生技翳则呈等檄晶状。艇低温熔体漫度身嵩，这静影响作鼷逐激减 弱。 4 。裁麓熔体瀑发处理工艺鲶毽不霞成分( 富e u 、富f e 、富m g ) 锯合金露 发现，熔体温度缝邋工艺对不回成分铝合金力学性能的影响不尽相同， 摘要 箕孛黠塞铝台金麴影嫡袋为显蔷；黯其中金满闰亿合镑糖凄鼯虢海有 不丽程度熬泼善：尺寸较大豹抒轶竣岛状黪骞c u 辐经过熔俸瀑癀处瑾 搿，尺寸裙髭交夸；长针狄甯f e 鞫经过照簿后，转变为尺寸较小的块状； 瑟富m g 穗经过缝慈爱，剥国长条狡藏团聚狄转交成尺寸较小的针袄，分 布更均匀。 5 溶体温度处理工装中，漓合熔体的冷却速度和停留时闻对缀终凝隧组织 同样有着熏要的影响，冷却速度过快或过慢，停黜时间过长或过短都不 利于凝固组织和力学性能躲敬善秘提裹。褒本实验条磐一f ，混合熔体戆 最佳冷却速波在2 4 k s 到8 5 k s ；最佳停留时阕则为6 0 s 。 6 缝合疆簇理谂分辑认淹，潞体温发楚疆工艺缁纯藏共菇a 3 5 6 镑合囊凝固 鳃织豹极剁在于熬、低湛熔体混合屠，低滠熔体提供了大鬣豹形孩璇点， 高温熔体刘滋一步使混合熔体中的形核质点增殖，在混台熔体中形成温 度、成分豹鞯平衡状态，正楚这种澎核麓点的蹭殖和非平衡凝固过程导 致最终凝阐缎织的细化。 7 。利用铝箔和k c l 溶液对髂体腺；串电流处璞物理模拟实验发现，镪渣的收 缩不仅随充电电联和充电电容的增大而增大，而且与导体的截面积褥关， 截嚣积越小，铝睡爨蚊缭程痰越大，分援表明铝箔靛收缭楚盘予脉滓惫 滚遇过自感应产生故瞧磁力黪致，鼹焦耳热黪影镌较小，霹忽略不诗； 瓷秘k c i 溶液随躲渖充戡窀篷蹭离、充电赧容灞大歉放电次数增多，柝 出静掇粒尺寸进一步褥蜀缡识。对_ l 鸷热k c l 溶液瀚实验表鞠，躲冲电流 楚理不仅可以细化k c l 溶液析出的晶粒，述可以加邋溶液的冷却速度， 分析认为，溶液瀛魔升高导致溶液内团簇或粒子的扩散迁移速度期快， 经过电脉冲处理詹，溶液的缩构得到进一步熬合，溶液热导率提高，从 藤馊镊虫予形棱爱点增多掰豢来蛉凝晶潜热辘够快速释放，因蘸溶液降 温速发较快。电脉冲处理鞋重效实验表明，k c l 是粒隧溶液蛰露聪阗豹延 长露溪显糖像。 s + 逶过躲冲蔻瀛对6 8 0 帮6 3 e 耍共豁a 3 5 6 锈合金髂傣实毅缭栗可知，不 两豹充电电蕊、充电电容及放电次数能够恩蔫影响域终的凝固组织，充 电泡疆越高、充电电容越大、放电次数越多，凝戳组织细纯程度越鹋显。 i l k 海交通大学博士学位论文 潮对菱魂，随溶体处理藉停瞽时澜的延长，凝戳组织逐渐粗他。在凝磷 过程中施加电脉冲时，电脉冲在凝固开始阶段旅加对凝围组织缬化程度 的影响要比在凝阐结束阶段施加显著，遂意味替熔体的预结晶状态对凝 瓣过程及凝固组织青着羹耍的影嚷。 9 通过脉冲电流对6 5 0 。c 和7 2 0 过共晶a 1 1 9 s i 铝合金熔体实验可知，脉 冲整流够有效瓣改善秘鑫s i 熬专茬爨影虢，峦长条形转交为方浃形，并 且充电电压越高、充电电容越大、放电次数越多越有利予细化初生s i ， 在本实验条释下，当歉狰充电电藤为2 0 0 0 ，寇泡电容为1 0 0 0 心，放电 次数为5 次时，6 5 0 c 熔体凝固组织的初生s i 尺寸由9 8 1 t a m 细化到 2 4 。1 h m ；而7 2 0 熔体凝固组织的初生s i 尺寸刚由1 5 2 6 脚细化到 4 3 7 9 m ，这无疑为细化过共晶a l 。s i 合金初生s i 创造了毅的途径。 1 0 针对低温熔体施加强电脉冲，根据团簇理论分析认为，电脉冲通过弛豫 作曩使褥熔钵中憋团簇尺寸进一步增大，从嚣鸯瓒予增宓瑟熔钵凝霆颞嚣 的有效形核质点的数量，促进凝阉组织细化。在铝合金凝固过稷中旌加 躲冲邀滚，凝因缀缓戆缨纯爨主要是逶过骧滓电流繇产生翡龟磁力 睾臻 实现的。 关键词；铝台金，熔体温度处理，电脉冲处理，凝固组织，力学性能 i l a b s t r a c t s t u d yo fm 匣i tt e i p e r a r u r et r e a t m 匝n ta n dp u l s e e l e c t r i cc i 王 r e n tt r e a t m e n to fa l im 加 n 1t ma l l o y a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h es o l i d i f i c a t i o nt e c h n o l o g ya n dc l u s t e rt h e o r y , i ti s c o n c e r n e dt oi m p r o v et h es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fm e t a l o r a l l o yt h r o u g ht h ec h a n g e o ft h em e l ts t r u c t u r e i nt h em e l tt e m p e r a t u r e t r e a t m e n t ( m t t ) p r o c e s s t h es u p e r h e a t e dm e l ti s m i x e dw i ml o wt e m p e r a t u r em e l t a n dt h e ns o l i d i f i e di nm o l d sw i t h o u ta n ya d d i t i o n s t h es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r ea n d m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h et r e a t e da l l o yc a nb ei m p r o v e db yt h ec h a n g eo ft h em e l t s t r u c t u r eo ft h e a l l o y i nt h ep u l s ee l e c t r i cc u r r e n tt r e a t m e n t ，t h ep u l s ee l e c t r i c c u r r e n t ( p e c ) i sd i s c h a r g e di nt h em e l t a t p r o p e rt e m p e r a t u r et om o d i f yt h e m e l t s t r u c t u r ea n di m p r o v es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r eo ft h ea l l o y i nt h i st h e s i s ，t h ee f f e c t so f t h em t ta n dp e co nt h es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f a l u m i n u ma l l o yh a v eb e e ns t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y t h em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 w i t ht h e o r t h o g o n a le x p e r i m e n t ，t h e e f f e c to ft h em i x i n gm o d e ，t h e t e m p e r a t u r e so fh i 幽t e m p e r a t u r em e l t ( h t m ) a n dl o wt e m p e r a t u r em e l t ( l t m ) o n t h e s o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f h y p o e u t e c f i ca 3 5 6a l l o yh a sb e e n i n v e s t i g a t e d i ti sf o u n dt h a ti tc a r lr e f i n et h es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r ed r a m a t i c a l l yw h e n t h et e m p e r a t u r eo fh t ma n d 【t mi s9 5 0 * ca n d6 0 0 * c r e s p e c t i v e l ya n dt h eh t m a n dl t ma r em i x e dh o m o g e n e o u s l yb yc e r t a i nm o d e c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a l s o l i d i f i c a t i o nt e c h n o l o g y , t h et e n s i l es t r e n g t ha n de l o n g a t i o nr a t i oo ft h es p e c i m e n t r e a t e db ym e l tt e m p e r a t u r et r e a t m e n ta r ei n c r e a s e db y8 6 a n d4 6 2 r e s p e c t i v e l y 2 t h ee f f e c to ft h er e l a t i v ea m o u n to ft h eh t ma n dl t mo nt h es o l i d i f i c a t i o n s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so f a 3 5 6a l l o yi ss t u d i e d a c c o r d i n gt ot h ec o n t r o le x p e r i m e n t ， i ti ss h o w nt h a tt h em t t p r o c e s sc a nr e f i n et h es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r ea n di m p r o v e t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so b v i o u s l yw h e nt h er a t i oo fh t ma n dl t mi s1 ：1 w h i l e t h ed i f f e r e n c eo ft h ea m o u n to fh t ma n dl t mi st o ol a r g e ，t h em t tp r o c e s sw i l ln o t 上海交通大学博士学位论文 b ee f f e c t i v eo nt h es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a ls t r u c t u r e 3 t h ee f f e c to ft h es t r u c t u r eo fl t mo nt h em t t p r o c e s si si n v e s t i g a t e db y s t i r r i n ge x p e r i m e n t i ti sf o u n dt h a tt h es t r u c t u r eo f6 0 0 。cl t mp l a y sa ni m p o r t a n t r o l eo nt h es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r et r e a t e dw i t l lm t t w h i l et h el t mi sn o ts t i r r e d t h e s o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r ew i t hm t ti ss h o w na st r e e l i k ed e n d r i t e s s i m i l a r l y , w h e nt h e l t mi ss t i r r e d t h es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r ew i t hm t ti ss h o w na s e q u i a x e do r n e a r - e q u i a x e dd e n d r i t e h o w e v e r , t h ee f f e c to f t h el t m s t r u c t u r eo nt h es o l i d i f i c a t i o n s t r u c t u r ei sn o to b v i o u sw h e nt h et e m p e r a t u r eo f l t mi sh i g h e r 4 i ti sf o u n dt h a tt h ee f f e c t so ft h em t tp r o c e s so nt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s o fd i f f e r e n ta l l o y s ( c u - r i c h ，f e r i c hm a dm g r i c h ) a r en o tt h es a l n e n l ee f f e c t so ft h e m t ta r eo b v i o u so nt h ef e r i c ha 1a l l o y b u tt h em o r p h o l o g yo ft h ep r e c i p i t a t i o n p h a s ew i t h i nt h ea l l o y sc a nb ea l lm o d i f i e d ，f o re x a m p l e ，t h el a r g e rb a c i l l a r yc u r i c h p h a s e sb e c o m es m a l l e rs h a r p l ya f t e rt r e a t m e n t ；t h el o n g e rn e e d l e - l i k ef e - r i c hp h a s e s a r es h o w na ss m a l l e rb l o c k yp h a s e sa f t e rm 1 v rt r e a t m e n t ；a n dt h em g r i c hp h a s e s c h a n g ef r o ms t r i p ，l i k ea n da g g r e g a t e l i k ei n t os m a l l e rn e e d l e - l i k ea n dd i s t r i b u t em o r e h o m o g e n e o u s l y 5 n l ee f f e c t so fc o o l i n gr a t ea n dh o l d i n gt i m eo ft h em i x e dm e l to nt h e s o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o wt h a t t h et o of a s t e ro rs l o w e ro f t h ec o o l i n gr a t e ，a n dt h et o ol o n g e ro rs h o r t e ro f t h eh o l d i n g t i m eo ft h em i x e dm e l tc a n n o ti m p r o v et h es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r ea n dt h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e so b v i o u s l y i no u re x p e r i m e n t s ，t h eo p t i m u mc o o l i n gr a t ea n dt h eh o l d i n g t i m eo ft h em i x e dm e l ta r ef r o m2 4 k st o8 5 k sa n d6 0 s r e s p e c t i v e l y 6 t h em e c h a n i s mo fs o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r ei m p r o v e m e n tb ym t t p r o c e s si s a n a l y z e db a s e do nt h ec l u s t e rt h e o r y w h e nt h eh t ma n dl t ma r em i x e d ，t h e f u n c t i o no ft h el t mi st op r o v i d et h en u c l e i ，a n dt h er o l eo ft h eh t mi st om a k et h e n u c l e io ft h em i x e dm e l tm u l t i p l i e d n l en o n - e q u i l i b r i u mo ft h et e m p e r a t u r ea n d c o n c e n t r a t i o ni nt h em i x e dm e l ti sb e n e f i c i a lf o rt h er e f i n e m e n to f l es t r u c t u r e 7 t h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n to fm e l tt r e a t m e n tb yp u l s ee l e c t r i cc u r r e n ti s c a r r i e do u tu s i n ga l u m i n u mf o i la n dk c is o l u t i o n i ti sf o u n dt h a tt h es h r i n k a g eo f t h e a l u m i n u mf o i li n c r e a s e sn o to n l yw i mt h ec h a r g ev o l t a g ea n dt h ec a p a c i t a n c e b u ta l s o v 、蜮醢lt h ed e c r e a s eo f t h es e c t i o n a la r e a 。t h ee l e c t r i c a lm a g n e t i cf o r c ei n d u c e db yp e c i sc o n s i d e r e da st h em a i nr e a s o nf o rt h es h r i n k a g eo ft h ea l u m i n u mf o i l h o w e v e r , t h e e f f e c to fj o u l eh e a tp r o d u c e db yp e co nt h es h r i n k a g eo fa l u m i n u mf o i lc a nb e i g n o r e dc o m p l e t e l y 。t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sa l s os h o wt h a tt h ep e ct r e a t m e n tc a n r e f i n ea n dm o d i f yt h es i z ea n dt h em o r p h o l o g yo f k c ic r y s t a l s t h eh i g h e l t h ec h a r g e v o l t a g ea n dt h em o r et h en u m b e ro fd i s c h a r g e ，t h em o r ee f f e c t i v et h es i z ea n d m o r p h o l o g yo fk c lc r y s t a l sw i l lb er e f i n e da n dc h a n g e d i ti sf o u n dt h a tt h ep e c t r e a t m e n tc a nn o to n l yr e f i n et h ec r y s t a l si nt h ek c is o l u t i o nw i t hs u p e r h e a tt r e a t m e n t b u ta l s oa c c e l e r a t et h ec o o l i n gr a t e i ti sa n a l y z e dt h a t 也ed i f f u s i o na n dm i g r a t i o nr a t e o fc l u s t e ri nt h es o l u t i o nb e c o m ef a s td u et ot h er i s i n go ft h et e m p e r a t u r eo ft h e s o l u t i o n 。s ot h es t r u c t u r eo f t h es o l u t i o nc a nb ea i u s t e da f t e rp e ct r e a t m e n t ，瓢eh e a t c o n d u c t i v i t yo ft h es o l u t i o ni si n c r e a s e d ，a n dt h el a t e n th e a tc a nb eg i v e no f fi na s h o r t e rt i m e ，t h ee x p e r i m e n ts h o w st h a tt h el o n g e rt h eh o l d i n gt i m eo fk c ls o l u t i o n ， t h ec o a r s e rt h ek c lc r y s t a l sb e c o m e s 8 。t h ee f f e c to fp u l s ee l e c t r i cc u r r e n to nt h es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r eo ft h e6 8 0 a n d6 3 0 l t mo fc o m m e r c i a la 3 5 6a l u m i n u ma l l o yh a sb e e ni n v e s t i g a t e d 。t h # c o n t r o le x p e r i m e n t sa n dc o o l i n gc u r v et e s ts h o wt h a tp e cd i s c h a r g e di nl t mc a n i n c r e a s et h eu n d e r c o o l i n ga n dc o o l i n gr a t eo ft h es o l i d i f i c a t i o n , s h o r t e nt h ec o o l i n g t i m ea n dr e f i n et h es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r e 。m e a n w h i l e ，t h eh o l d i n gt i m eo f t h et r e a t e d m e l th a sa na d v e r s ee f f e c to nt h es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r e 。t h el o n g e rt h eh o l d i n gt i m e o ft h em e l tt r e a t e dw i t hp e c 。t h ec o a r s e rt 1 em i c r o s t r u c t u r eb e c o m e s i ti sf o u n dt h a t t h ed i s c h a r g i n ga tt h eo n s e to ft h es o l i d i f i c a t i o nc a nr e f i n et h es t r u c t u r em o r e o b v i o u s l y t h a nt h a ta tt h ee n do ft h es o l i d i f i c a t i o n 。i ti n d i c a t e st h a tt h e p r e * s o l i d i f i c a t i o ns i t u a t i o np l a y sa ni m p o r t a n tr o l eo nt h es o l i d i f i c a t i o nc o u r s ea n d s t r u c t u r e 。 9 t h ee f f e c to ft h ep u l s ee l e c t r i cc u r r e n td i s c h a r g i n g0 nt h es o l i d i f i c a t i o n s t r u c t u r eo f6 5 0 a n d7 2 0 a t 一1 9 s im e l ti si n v e s t i 【g a t e d ，i ti sf o u n dt h a tt h ep u l s e e l e c t r i cc u r r e n tc a nc h a n g et h em o r p h o l o g yo fp r i m a r ys ip h a s ef r o ms t r i pt oc u b e 。 a n dt h eh i g h e rt h ec h a r g ev o l t a g e ，t h el a r g e rt h ec h a r g ec a p a c i t a n c ea n dt h em o r et h e n u m b e ro fd i s c h a r g e ，t h em o r eo b v i o u s l yt h ep r i m a r ys ip h a s ei sr e f i n e d 。i no u r v 1 上海交通大学博士学位论文 e x p e r i m e n t s ，w h e nt h ec h a r g ev o l t a g ei s2 0 0 0 v ，c h a r g ec a p a c i t a n c ei s1 0 0 0 灯a n d d i s c h a r g e s5t i m e s ，t h es i z eo fp r i m a r ys io ft h e6 5 0 cm e l ts o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r e d e c r e a s e sf r o m9 8 1 9 r nt o2 4 1 9 r n ；a n dt h a to f t h e7 2 0 m e l ts o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r e d e c r e a s e sf r o m15 2 6 x mt o4 3 7 9 m 10 a c c o r d i n gt ot h ec l u s t e rt h e o r y , t h ep e cd i s c h a r g e di nt h el o wt e m p e r a t u r e m e l tc a ni n c r e a s et h es i z eo ft h ec l u s t e ri n v o l v e di nt h em e l t ，w h i c hi sb e n e f i tf o r i n c r e a s i n gt h ea m o u n to ft h ee f f e c t i v en u c l e i s ot h es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r ei sr e f i n e d w h e nt h ep e ci sd i s c h a r g e dd u r i n gt h ec o u r s eo fs o l i d i f i c a t i o n ，t h er e f i n e m e n to ft h e s o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r ei sm a i n l yr e s u l t e df r o mt h ep i n c hf o r c e k e yw o r d s ：a l u m i n u ma l l o y , m e l tt e m p e r a t u r et r e a t m e n t , p u l s ee l e c t r i cc u r r e n t t r e a t m e n t ，s o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r e ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s 隧髂阴 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声鞠：掰豪交熬学位谂文，麓本人在簿舞熬指导下， 独立进行婿究工俸癀联褥麴戚祭。除文孛毫经注臻萼| 雳熬游容鲮，本 论文不包含任何其健个人或集体己经发表或撰写过瓣作熬成暴。对本 文的研究做成重妥贡献的个入和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文惜签名：g 硝、乙 强期；硝厶年岁弱，拍 辫佟纛 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者竞金了解学校有关傺餐、使用学位论文晌规定， 同意学校保留并向豳家有关部门戡机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被惫阕您骥瓣。本人授投上海交懑大学可激将本学搜论文懿 全部或郄分内容缡入骞关数据瘩遴行捻索，可以采溺影露、缩洙绒掴 描等复稍手段傈存和、汇编本游位沦文。 像寮测，在三年鳃密震遗耀本毅投书。 本学位论文属予 不保密口。 ( 请在以上方框内抒“”) 学位论文炸者签名：之多硝幻指导数蜉憝鬃o 疋 酲溺：伊别年f 胄# 佰 西朗：参救年碍，娟 上海交通丈学博士学位论文 1 。1 引言 第一章文献综述 众所周知，材料的强度与照粒尺寸之间鸯着密切的关系：盯= o - o + k d 。”，盯为趣 服强瘦，o j 为常数，d 为晶粒直径，量为常数，即材料豹蕊服强度随蔚晶粒尺寸羽减小弱 显著增热。作为霾要工业材料之一的金属，通常都希望经缀绞改良或晶粒细化，获得缨小均 匀的等轴晶，使其组织和化学成分更加均匀，从蔼减小宏溉偏季嚣和热裂顿翔，提离铸键的塑 性变形能力和机械性能。因此，缎织细化一蜜是金属加工研究的藁耍内容之一。这不仅敬决 于后续热处理与压力加工过程中的组织控制，更重要的是决定予铸件的凝圈组织控制。 在金瘸凝固过程中，细仡处理的最基本原理是异质形核理论+ 即增加形核核心的数量， 于是从形骇到生长转变时会形成大缀的小晶体，在随君的长大过程中，它们会甄相碰撞，彼 此闯的生长遮度受到相互抑制，从蕊容易形成细小豹晶粒组织。到酲浆为止，捌内外学者对 金属组织细化的研究可归纳为强大类： 一类是纯学细化法。“1 ，主要是向液态金属中添加晶粒缫化裁( 如a l t i _ b 、a i - t i - c 等) 。 这类方法目前研究得最多也最成熟，工业应用微广。但是研究者发现”1 ，依靠向熔体中添加 醅粒细纯帮的方法，不仅成本商，制长工艺复杂，而且冈外来质点的加入，使金属中异质颗 粒、夹杂增多，结果厦蒋导致塑性降低，机械性能下降。另一类方法是物理细化法”“，如 快速凝固法、振动( 包括机械振动、电磁振动及超声波振动等) ，搅拌( 包括枫械搅拌，电 磁或磁场搅拌及气泡搅拌簿) ，摆动( 毡括铸型波浪形摆动和周期摆动) 等。这类方法由于 设备e b 较复杂，= _ l ：= 艺也不提成熬，大多仍处在实验室研究阶段。 避些年，人们在研究过程中发现，液态衾瘸的结构对凝翻过程与组织都商着重要的影响 “2 ”1 。如过热处理，微合金化处理，添加某些孕育变质刹等均可以改变液态垒届的状态和 结构，从而影响着台金的凝固组织。因此，如果对液态合企进行某种物理或化学方法预处理， 通过控翻液态金属续鞫改变凝曜进程就有可能得到质蹩及性自大为改善的凝固组织。 从液态金属错结构入手研究凝固过程投其对凝圄组织的影响，与传统的凝因理论的建立 方式有骜较大的逸别。现枣麴凝固理论是从凝疆界西溷相一侧出发进行研究，并建立在大量 第一嚣文献综述 的实验现象和统计学基础上的，相芙的热力学、动力学以及传热、传顾等理论均属丁二经执物 理学的范畴。邃为大多数金属其鸯缀裹静熔点，虽露关金属熔髂的蛙震石墨表摄溪l 量。丽眩 金属液体具有特殊的无序结构，即短程有序性，没有固态金属晶体中的k 程序，奠基于空间 点箨辇稽上静传统鋈体物理学与嚣俸纯学壤论对其曩经失效，因魏，爨疆蓠为j ：，我铜瓣液 态金属的了解相对其固态来讲要少得多，对液态金属结构的研究还很不系统。对于液态金属 中静蔽子( 或琢予团) 是如何聚集戒大的形棱胚以及微观只澄髂汝大滋程的具体情况了解还 甚少，揭示这一过程的物理本质和开发相应的调控技术是得0 优质材料制各方法所必需的。 随着现代物理对微观、超微观物质世界研究的进一舻深入和畿子力学的不断完祷，从微观尺 度研究凝固过孵毒了一定的可行性，这秘方法在2 l 世纪将会毒广蝈的兹程，为开发耨型材 料及其制备工艺开辟一条崭新的邋路。 在戴鹜景f ，本渫囊按撵讨裁瓣逶痘支援模工鼗生产鞠生态理念瓣猿理法以馥鑫彝绷纯 金属的凝固组织、提高金属力学性能，即熔体的温度处理和脉冲电流处理。 1 2 熔体溢度处理改庭纲化金属凝固组织研究现状 1 2 1 熔体温度与熔体结构的关系 绝大多数众属材料制品都要缀过熔化和凝固过程，如何理解和掌握金属的熔化和凝固 瓿翱对予提裹垒磊耪瓣搜瘸性麓鬟骞重要翡意义。嚣蔫在试谖潞恁撬黝翡露瑟上，镄存在若 不同的观点“1 ，一种观点认为，网态金属向熔体转变是通过原子分离的途径实现的；另一 种观点试为，晶体静熔纯钒翻是醴辣子为单位，采取逐渐分裂的方式遴彳j = 的。在实际的熔讫 过程中，不排除两种方式并存的可能性，但是从能鬣最小的原则考虑，采取第二种熔化方式 的可能性更大。瑙金属熔化以后，从凝聚卷物理学角度出发，处于液相线以上温度过热状态 豹合金然体中，仍然存在麓微鼹上的不均匀性，它豪褒为一些原子团簇的短程序及尺度与渡 态合金的宏观平均状态有较大的磐别，这些原子团簇的性质和密度既与熔体的宏观化学成分 有关，又与台金炼体在滚穗线溢度毅上数“煞历变”套关( 镪摄迭至l 懿最毫蓬热渥瘦、探湛 时间、降温过程和循环周次等) 。它们对凝固时的形核动力学过程有糟显著的作用，进而影 翡台金豹显徽结糖与往麓。i x k # t h hb j 疆“”瓿准诧学旗塑出发，络出金耩熔俸结晶总 示意图( 图1 - 1 ) 。 2 上海交通大学博士学位论文 t t mt m t t n瓦 t 擐予 、c l u s t e r 、 准品核 、 c o l 。t e r 弥驻粒黑一 “ 熔体铸件 鹭1 - 1 熔薅凝圈结晶示意图“6 ( t m 为保持擞戏不均匀性迓界温度；k 为众羼熔点) f i g 1 1s k e t c ho fm e l tc r y s t a l l i z i n g 【1 6 1 ( t m ：b o u n d a r yt e m p e r a t u r eo fm i c r o i n h o m o g e n e i t y 瓦：m e l t i n gp o i n t ) r io r i one tt 1 8 1 研究共晶系合金熔体时发现，在过热温度不高的熔体中存在着微观分 瑶医，它的边界不仗与温度雨且还与台金成分有关，魏国1 - 2 ，链试为络髂魏徽溅分层结稳 4 0 0 量2 0 0 平衡菱褶医 ，徽褒分豢区、 飞o ( 亚稳杰) 、 7_ 、 、 、 s n2 04 06 08 0 p b 图i - 2s n p b 合金熔体微观分屡区示意图 f i g 1 - 2s k e t c ho f m i c r o s c o p i cd e l a m i n a t i o nr a n g eo f s n p ba l l o ym e l t l l 8 】 是亚稳态的，当熔体过热到微观分层区的边界线以上时将发生不可逆性的向稳态液态结构转 交。餐薅镩激巍分藩结稳懿澎藏和转交橇制淹不渍楚，需要避步蓊究。 x 射线衍射技术是研究液态金属结构的有效方法，通过极化处理和吸收修正及傅立叶 变换扁，搬据液态x 射线幸嚣射结栗藏能够计辫出结构因子、径向分布函数和联体分布函数慧 参数，由此可进一步计算锝出液态惫属中原予团的尺寸、原子囝中原子的数目和配位数等微 观结构参数。帕斯圈霍夫”“等用显徽x 射线衍射分析对不同温度的液态a 1 - s i 共黼台金结构， 妇圈| 一3 艨暴。磺究结暴液明a 卜s i 共晶合众在终点湿度下静结构特点是：存狂具有a l 剃 s i 原子释自的有搿偏聚团以及具有统计分布的a 1 原子和s i 原子的微观集团；熔体温威升 菇嚣，a l s i 共菇合金滚中a l 弱s i 鞭子壤漾爱戆足雩减小，镳聚程度羰弱，嚣痔纯趋势增 强。秦敬玉等”0 1 利用x 射线衍射技术研究了a l 和s n 液态结构的温度变化特性，结果表明随 3 第一章文献综述 着温度的升高，两种液态金属的平均最近邻原子间距 离都呈现减小的趋势，而且都存在结构的突变，a 1 的 突变发生在1 0 5 0 - 1 2 5 0 c 的温度区间内；s n 有两个突 变点，一个在8 0 0 c 左右，另一个在1 2 0 0 。c 附近。边 秀房等”。2 ”通过热分析和高温x 射