实验七开题报告

1、半固态铝合金化学半固态铝合金化学成分优化与制备成分优化与制备专业专业：材料科学与工程小组成员小组成员：指导指导老师老师：日期日期：2016-9-5目录目录 选题的背景及意义 半固态成形的基本原理 实验设计 热力学计算方案热力学计算方案 斜坡法制备半固态浆料斜坡法制备半固态浆料 金相制备及观察分析金相制备及观察分析 参考文献选题背景及意义20世纪70年代初，美国麻省理工学院D.B.Spencer等人在实验中发现了半固态金属的流变性能，进一步研究开发了半固态金属成形工艺。该技术被世界著名的专家们称为21世纪新兴的金属制造关键技术之一。半固态坯料制备是半固态成形技术的基础与关键。因而，人们对半固态成

2、形技术的研究有很大部分集中在坯料制备的工艺优化和工艺开发等方面。半固态成形的基本原理 半固态成形是介于液态成形和固态成形之间的一种成形方法。 将合金熔化后，冷却至液相线温度以下，对合金进行搅拌，在搅拌力的作用下，合金中析出的树枝状晶被破坏，并在周围金属液的摩擦熔融作用下，晶粒和破碎的枝晶小块形成卵球状的颗粒，分布在整个液态金属中。 糊状悬液，具有一定流动性，又可搬运储藏。 利用半固态合金独特的性质实现浇注或压注成形的方法为半固态成形。热力学计算方案 根据给定的Si和Mg的成分范围 固定一个，对选定另一个变量进行计算 利用Pandat软件，对选定成分进行凝固模拟 对凝固模拟数据进行处理，判断选定

3、组分是否满足凝固温度区间等4个要求 对范围内的成分进行上述计算 确定两种满足要求的合金成分计算结果初生固相凝固温度区间/|dfs/dT|析出相-Al/%Si/%Mg2Si/%Al-4Si-2MgFCC_A173.70.0102874.812.372.12Al-4Si-4MgFCC_A164.70.008557.691.614.69Al-5Si-0.4MgFCC_A174.60.0088265.663.710.33Al-5Si-0.5MgFCC_A174.20.0088465.793.690.43Al-5Si-0.6MgFCC_A173.70.0088565.893.660.53Al-5Si-1

4、MgFCC_A1720.0089166.353.540.97Al-5Si-2MgFCC_A167.70.0081967.583.22.21Al-5Si-3MgFCC_A163.40.0075962.042.83.54Al-5Si-4MgFCC_A159.10.007752.922.394.9Al-6Si-1MgFCC_A165.70.0072558.454.411.01Al-6Si-2MgFCC_A161.60.0067859.784.052.27Al-6Si-4MgFCC_A153.30.0189548.543.25.07Al-8Si-0.4MgFCC_A1550.2230741.26.37

5、0.35Al-8Si-3MgFCC_A145.30.0276645.225.393.78Al-12Si-2MgFCC_A122.40.038159.369.582.41Al-12Si-4MgFCC_A116.94.2456912.368.635.46热力学计算结果Component20T150?Initial phase fs60%？|dfs/dT|0.015？Precipitated phase Si5%？Precipitated phase Mg2Si5%？MEET DEMAND?Al-4Si-2MgAl-4Si-4MgAl-5Si-0.4MgAl-5Si-0.5MgAl-5Si-0.6M

6、gAl-5Si-1MgAl-5Si-2MgAl-5Si-3MgAl-5Si-4MgAl-6Si-1MgAl-6Si-2MgAl-6Si-4MgAl-8Si-0.4MgAl-8Si-3MgAl-12Si-2MgAl-12Si-4Mg斜坡法制备半固态浆料 斜坡法制备半固态组织及影响因素实验操作步骤 实验原理 将熔融金属倒在冷却斜坡上 , 由于斜坡的冷却作用 , 在斜坡壁上有细小的晶粒形核长大 , 金属流体的冲击和材料的自重作用使晶粒从斜坡壁上脱落并翻转 , 以达到搅拌效果 。金属进入容器后 , 将其温度控制在半固态温度 , 随后可进行流变铸造和触变成形 。 冷却斜坡一 般是由合金钢制成 , 斜坡内

7、部采用水冷却 , 斜坡的表面涂镀一层氮化硼 ( BN ) 以防止半固态金属粘附在冷却斜坡表面上 。 ( 如图 1 所示 )斜坡法制备半固态组织及影响因素斜坡法制备半固态组织及影响因素高温合金熔体流经斜坡表面时高温合金熔体流经斜坡表面时 , 将经过将经过 3 个阶段个阶段 (如图如图 3 所示所示 ) : 一是降温过程一是降温过程 ; 二是大量形核及球化过程二是大量形核及球化过程 ; 三是三是形成凝固壳过程形成凝固壳过程 .影响因素影响因素一：浇铸温度一：浇铸温度二：斜坡角度二：斜坡角度三：斜坡长度三：斜坡长度对斜坡预结晶法制备 A356半固态坯料的研究 , 研究斜坡长度对组织的影响规律 , 探

8、讨其非枝晶形成机理 。斜坡过短时 , 没有足够的长度去降温和形核 。 过长时降温过多 , 容易形成凝固壳 , 同样降低了形核率 , 而且过长导致熔体的流动粘度降低 , 这样也会降低搅拌和球化作用 。 实验操作步骤试验参数：浇注温度:640，倾斜角45，浇注长度为实验变量，分别为30cm，50cm材料实验设备：井式熔炼炉及测温控温装置、金相显微镜、ZL101铝合金（1）合金熔炼。将一定量的A356铝合金放入1#电阻炉内的1#粘土-石墨坩埚，升温加热至A356铝合金熔化。将熔化后的A356铝合金的温度升至720，保温10min用精炼剂（六氯乙烷）精炼，扒渣后将合金熔体的温度降至680待用。（2）其

9、他准备工作。在（1）运行的同时，将2#粘土-石墨坩埚和耐火砖在2#电阻炉中预热至550待用；标记斜坡指定浇注长度50cm、30cm，调节浇注角度至45，调试半固态浆料制备机至工作状态；预热浇包至400-500待用。 操作步骤：操作步骤： （3）标准试样制备。将待用的A356铝合金熔体转入浇包，在空气中冷却至预定温度640（用温度测量和显示系统检测），直接浇入2#粘土-石墨坩埚内制备试样1，在坩埚内静置并冷却至预定温度550。（4）半固态浆料制备。将2#粘土-石墨坩埚置于半固态浆料制备机下方；将待用的A356铝合金熔体转入浇包，在空气中冷却至预定温度640（用温度测量和显示系统检测）；将A356

10、铝合金熔体浇入半固态浆料制备机的冷却斜槽内50cm、 30cm处，合金熔体沿着冷却斜槽内壁向下流动，并分别流入2#粘土-石墨坩埚，形成半固态浆料，制得试样2 、3，半固态浆料在坩埚内静置并冷却至预定温度550。 （5）微观组织观察与分析。用金相研磨机或人工制备金相， 将1、2、 3号试样自冷却至预定温度550，从2#坩埚内部取小块试样水淬，经金相试样标准制备步骤获得金相试样，在光学显微镜下观察和分析微观组织，并拍摄金相照片。 金相制备及观察分析 取样取样：显微试样的选取应根据研究的目的，取其具有代表性的部位。用切割机把试样截下，宜采用直径20mm，高15mm的圆柱体。切取过程中不宜使试样的温度

11、过于升高，以免引起金属组织的变化，影响分析结果。 镶样镶样：当试样尺寸太小时，直接用手磨制很困难，用试样镶嵌机把试样 镶嵌在胶木粉中。 金相制备及观察分析磨制：分为粗磨和细磨两道工序。 粗磨粗磨：粗磨的目的是为了获得一个平整的表面。通常在砂轮机上进行，但在磨制时应主意：试样对砂轮的压力不宜过大，否则会在试样表面形成很深的磨痕，增加精磨和抛光的难度；要随时用水冷却试样，以免受热引起组织变化；试样边缘的棱角若无保存表要，可先行磨圆（倒角），以免在细磨及抛光时撕破砂纸或抛光布，甚至造成试样从抛光机上飞出伤人。 细磨：细磨：经粗磨后试样表面虽较平整，但仍还存在有较深的磨痕。细磨的目的就是为了消除这些磨

12、痕，以得到平整而光滑的磨面，为下一步的抛光做好准备。细磨是在一套粗细程度不同的金相砂纸上，由粗到细一次顺序进行的。细磨时将试样贴在砂纸上，手指紧握试样，并使磨面朝下，均匀用力向下压在砂纸上。每更换一号砂纸时，须将试样的研磨方向调转90度。 金相制备及观察分析 抛光抛光：抛光的目的是去除细磨时遗留下来的细微磨痕而获得光亮的镜面，制备时采用机械抛光，在专用的抛光机上进行。抛光机主要由电动机和抛光圆盘组成，抛光圆盘转速为300500转/分。抛光盘上铺以细帆布、呢绒、丝绸等。抛光时在抛光盘上不断滴注抛光液。抛光液通常采用A1203、Mg0或Cr203等细粉末（粒度约为0.31um）在水中的悬浮液。机械

13、抛光就是靠极细的抛光粉与磨面间产生相对磨削和滚压作用来消除磨痕的。操作时将试样磨面均匀地在旋转的抛光盘上，并沿盘的边缘到中心不断作径向往复运动。抛光时间一般为35分钟。抛光结束后，试样表面看不出任何磨痕而呈光亮的镜面。 浸蚀浸蚀：经抛光后的试样若直接放在显微镜下观察，只能看到一片亮光，除某些非金属夹杂物（如MnS及石墨等）外，无法辨别出各种组成物及其形态特征。必须使用浸蚀剂（铝合金Keller侵蚀剂）对试样表面进行“浸蚀”，才能清楚地显示出显微组织的真是情况。钢铁材料最常用的浸蚀剂为34%硝酸酒精溶液。浸蚀的方法是将试样磨面浸入浸蚀剂中，活用棉花沾上浸蚀剂擦拭表面。浸蚀时间要适当，一般试样磨面

14、发暗时就可停止，如果浸蚀不足可重复浸蚀。浸蚀完毕后立即用清水冲洗，接着用酒精冲洗，最后用吹风机吹干。这样制的金相试样即可在显微镜下进行观察和分析研究。金相制备及观察分析 制备好的样品用显微镜在100400倍不同放大倍数下观察组织，体会放大倍数不同对组织观察和景深的影响，拍摄金相图片，打印后观察并组队进行分析和讨论。参考文献1Cheng S J, Zhao Y H, Hou H, et al. Preparation of semi-solid ZL101 aluminum alloy slurry by serpentine channelJ. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2016, 26(7):1820-1825.2方亮, 陈志国, 白月龙,等. 半固态高硅铝合金的热力学模拟J. 中国有色金属学报, 2016, 26(4).3张莹, 黎和昌, 杨湘杰,