鋁合金畢業(yè)設(shè)計


頁數(shù)：74 字?jǐn)?shù)：33744
包括中英文翻譯


目 錄
1 緒 論 1
1.1課題的背景和意義 1
1.2鋁合金變質(zhì)處理研究現(xiàn)狀 1
1.2.1雜質(zhì)和冷卻速率的影響 1
1.2.2變質(zhì)劑的影響 1
1.2.3品粒細化 1
1.3 319鋁合金熱處理研究現(xiàn)狀 1
1.4國內(nèi)外研究的不足 1
1.5本文主要研究內(nèi)容及研究方法 1
2 B319鋁合金熱分析 1
2.1鋁合金消失模鑄造凝固特點 1
2.2 B319鋁合金熱分析 1
2.2.1變質(zhì)劑及晶粒細化劑對相析出溫度的影響 1
2.2.2合金元素鎂、錳對相析出溫度的影響 1
2.3本章小結(jié) 1
3 變質(zhì)對B319鋁合金組織的影響 1
3. 1實驗方法 1
3.2 Sr對組織的影響 1
3.2.1 Sr對Si相的影響 1
3.2.2 Sr對Cu相的影響 1
3.2.3 Sr對Fe相的影響 1
3.3本章小結(jié) 1
4 晶粒細化處理對B319鋁合金組織性能的影響 1
4. 1實驗方法 1
4.2晶粒細化劑對組織的影響 1
4.3稀土對B319鋁合金組織性能的影響 1
4.3.1稀土對組織的影響 1
4.3.2稀土對鋁件孔隙率的影響 1
4.3.3稀土對機械性能的影響 1
4.4 A15TiB與稀土的相互作用 1
4.5本章小結(jié) 1
5 B319鋁合金的熱處理 1
5.1實驗方法 1
5.2熱處理工藝對組織的影響 1
5.2.1單步固溶處理 1
5.2.2二步固溶熱處理 1
5.3熱處理工藝對機械性能的影響 1
5.4本章小結(jié) 1
6 結(jié) 論 1
致 謝 1
參 考 文 獻 1
附錄A英文翻譯（原文） 1
附錄B英文翻譯（譯文） 1


1 緒 論
1.1課題的背景和意義
進入二十世紀(jì)八十年代以來，采用干砂消失模鑄造法(LFC技術(shù))生產(chǎn)鋁合金汽車鑄件在歐美得以迅速發(fā)展。干砂消失模鑄造是一項完全不同于傳統(tǒng)濕砂型鑄造的全新技術(shù)。采用該技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)濕砂型進行生產(chǎn)，產(chǎn)、應(yīng)用范圍廣等許多優(yōu)點。該鑄造技術(shù)可實現(xiàn)鑄件的輕量化和精密化，鑄件的尺寸精度可達CT6-8級，表面粗糙度Ra6.3-12.5 u m，與傳統(tǒng)砂型鑄造相比，可減少加工量10～30%，降低投資成本15～40%，并顯著提高生產(chǎn)效率，改善工作環(huán)境，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。該技術(shù)是鑄造工藝的一個重要發(fā)展方向，被譽為二十一世紀(jì)的鑄造技術(shù)匯[1].
1962年美國人M. C. Fleming開始用干砂和EPS模生產(chǎn)鑄件。二十世紀(jì)八十年代初，干砂消失模鑄造專利的失效以及試驗研究取得的進展，為這一新工藝的工業(yè)應(yīng)用提供了極好的機遇。福特汽車公司率先在加拿大Essex工廠建立了生產(chǎn)100萬只鋁進氣歧管的高度自動化消失模鑄造生產(chǎn)線，揭開了這一新技術(shù)在先進工業(yè)國家飛速發(fā)展的序幕。在不改變原設(shè)計及結(jié)構(gòu)的前提下，采用干砂消失模鑄造法生產(chǎn)的鋁進氣管鑄件比普通砂型鑄造法生產(chǎn)的重量輕2090左右，成本約下降20%，而發(fā)動機功率可提高4%左右。1990年通用汽車公司在Saturn建成占地面積10萬㎡年產(chǎn)鑄件5.5萬噸的新鑄造廠，全自動的EPC生產(chǎn)線有三條，其中一線生產(chǎn)319A1四缸體，二線生產(chǎn)兩種型號的319A1汽缸蓋，三線生產(chǎn)珠光體球鐵曲軸和兩種型號的傳動差動殼體。Fiat和Fata公司在意大利建造了兩個車間，用該法專門生產(chǎn)汽車發(fā)動機進氣管，其中一個車間在生產(chǎn)率為50型/小時的自動線上生產(chǎn)鋁進氣管，一個鑄型可生產(chǎn)四個管件。英國Pexry Bar Mefal公司已將金屬型澆注法生產(chǎn)鋁合金鑄件改為氣化模鑄造法生產(chǎn)。目前，該公司向市場提供發(fā)動機進氣管、水泵和壓氣機殼體及其它零件。
二十世紀(jì)九十年代，德國大眾投資2000萬美元建造了四缸鋁合金缸體生產(chǎn)線。寶馬汽車公司建成了年產(chǎn)20萬件的六缸鋁合金缸蓋生產(chǎn)線。日本、荷蘭等國也在穩(wěn)步發(fā)展LFC技術(shù)，使之在鑄造生產(chǎn)中發(fā)揮其特有的優(yōu)勢。
可見，LFC技術(shù)己經(jīng)在工業(yè)發(fā)達國家穩(wěn)定地發(fā)展起來，發(fā)達國家投入了相當(dāng)?shù)娜肆拓斄ρ芯亢烷_發(fā)干砂消失模鑄造技術(shù)，并取得了巨大成功。對于復(fù)雜消失模鑄件，其公差可達到石膏型鑄件的水平。
二十世紀(jì)九十年代以來，我國消失模鑄造技術(shù)得到了較大發(fā)展。但我國消失模鑄造工廠生產(chǎn)鑄件的品種基本為鑄鐵和鑄鋼件。目前，我國采用消失模鑄造正式大批量生產(chǎn)鑄鋁件的廠家僅第一汽車廠一家。第一汽車集團輕型發(fā)動機廠從美國VULCAN公司引進了制模成套設(shè)備及振功臺，與國內(nèi)其它設(shè)備配套組成生產(chǎn)線，用于大批量生產(chǎn)CA488發(fā)動機鋁合金進氣管，已于1993年正式投產(chǎn)。
目前有關(guān)LFC技術(shù)的研究主要集中在金屬液的充型特性、泡沫塑料模樣熱分解特性、干砂緊實特性以及鑄造工藝設(shè)計等方面。充型特性的研究主要包括鋁液流動前沿的流動形態(tài)、鋁液的流動性、充型速度及影響充型的因素等方面。一些研究工作者采用冷淬法、高速攝影法、電極觸點法等對不同形狀的鋁合金鑄件的流動形態(tài)進行了研究[2]，在實驗基礎(chǔ)上，建立了鋁液停止流動的物理模型，提出了鋁液停止流動的物理判據(jù)。另有一些學(xué)者在物理測試研究的基礎(chǔ)上利用計算機數(shù)值模擬的方法，對消失模鑄造充型過程的溫度場和流動場進行了研究，通過聯(lián)立質(zhì)量方程和動量方程對三維消失模鑄造充型過程的流動及傳熱進行了數(shù)值計算，對消失模鋁鑄件的凝固過程做了數(shù)值模擬。探討了提高鋁液充型速度的方法，對提高消失模鑄造鋁液的充型能力有積極的作用。
在模樣熱分解特性的研究方面，采用差熱分析等技術(shù)研究了模樣在加熱過程中的熱破壞。利用磁帶儀、動態(tài)應(yīng)變儀及氣壓傳感器等組成的測試系統(tǒng)對不同工藝條件下鋁合金干砂消失模鑄造聚苯乙烯模樣(EPS )熱解產(chǎn)物的氣體壓力進行了測試[3]，認為鋁合金消失模鑄造條件下，聚苯乙烯模樣熱解產(chǎn)物主要為液態(tài)，這對揭示鋁合金消失模鑄造特點具有積極的意義。
綜上所述，國內(nèi)外鑄造工作者對消失模鑄造技術(shù)進行了大量有價值的研究，取得了許多成果，但由于對鋁合金LFC技術(shù)而言，當(dāng)前的主要問題是由于鑄型冷卻慢、以致鋁鑄件晶粒粗大、針孔嚴(yán)重，阻礙著該項新技術(shù)的推廣應(yīng)用。而目前有關(guān)LFC技術(shù)的研究主要集中在金屬液的充型特性、泡沫塑料模樣熱分解特性、干砂緊實特性以及鑄造工藝設(shè)計等方面。缺少有關(guān)鋁件組織、性能方面的研究，因此有必要針對消失模鑄造特點，深入開展鋁液變質(zhì)、晶粒細化及熱處理等方面的研究工作，促進該項新技術(shù)在汽車零件生產(chǎn)上的進一步應(yīng)用。

1.2鋁合金變質(zhì)處理研究現(xiàn)狀
共晶Si形貌(即其顆粒尺寸和形狀)在決定Al-Si合金鑄件機械性能方面起到重要作用。在通常的冷卻條件卜，粗大的針狀Si粒往往作為裂紋源而降低鋁件的機械性能。通過快速凝固或加入少量的Sr或Na到熔體中可以改變Si相的形貌，使共晶硅從粗大的針片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿±w維狀或?qū)悠瑺?，以提高鋁件的機械性能。決定共晶Si微觀結(jié)構(gòu)的參數(shù)包括:變質(zhì)劑的類型、變質(zhì)劑的數(shù)量、熔休中存在的雜質(zhì)、合金的含Si量以及冷卻速率。
1.2.1雜質(zhì)和冷卻速率的影響
文獻[ 4]的研究表明，通過提高Al的純度可以獲得變質(zhì)組織。指出工業(yè)Al-Si合金中通常含有富P和富A1的AlP顆粒，在低的過冷度下AlP顆粒可有效地使Si相形核，并形成粗大的片狀Si粒。通過把合金純度從99.995%提高到99.9999%，發(fā)現(xiàn)在不加入其它物質(zhì)或快速激冷的情況下可使Si相得到細化。在0.0025%的P量下，共晶Al-Si熔體中沒有足夠的AIP粒子作為Si的有效異質(zhì)形核核心，從而阻礙廠粗大的片狀Si粒的形成。然而，在實際生產(chǎn)中，采用這樣高純的Al-Si合金是不切實際的。
盡管粗大的片狀Si?？捎葾lP顆粒形核，但在快速凝固條件下，P和Al沒有足夠的時間相結(jié)合以形成AlP顆粒。因此，通過快速凝固，在沒有化學(xué)變質(zhì)劑的情況下，可以獲得激冷變質(zhì)。但從實際應(yīng)用的角度來說，除了壓鑄外，在工業(yè)鑄件生產(chǎn)中采用激冷變質(zhì)的意義不大。因此，通常采用變質(zhì)劑對鋁合金進行變質(zhì)。