铝合金毕业设计.doc

铝合金毕业设计


页数：74 字数：33744
包括中英文翻译


目 录
1 绪 论 1
1.1课题的背景和意义 1
1.2铝合金变质处理研究现状 1
1.2.1杂质和冷却速率的影响 1
1.2.2变质剂的影响 1
1.2.3品粒细化 1
1.3 319铝合金热处理研究现状 1
1.4国内外研究的不足 1
1.5本文主要研究内容及研究方法 1
2 B319铝合金热分析 1
2.1铝合金消失模铸造凝固特点 1
2.2 B319铝合金热分析 1
2.2.1变质剂及晶粒细化剂对相析出温度的影响 1
2.2.2合金元素镁、锰对相析出温度的影响 1
2.3本章小结 1
3 变质对B319铝合金组织的影响 1
3. 1实验方法 1
3.2 Sr对组织的影响 1
3.2.1 Sr对Si相的影响 1
3.2.2 Sr对Cu相的影响 1
3.2.3 Sr对Fe相的影响 1
3.3本章小结 1
4 晶粒细化处理对B319铝合金组织性能的影响 1
4. 1实验方法 1
4.2晶粒细化剂对组织的影响 1
4.3稀土对B319铝合金组织性能的影响 1
4.3.1稀土对组织的影响 1
4.3.2稀土对铝件孔隙率的影响 1
4.3.3稀土对机械性能的影响 1
4.4 A15TiB与稀土的相互作用 1
4.5本章小结 1
5 B319铝合金的热处理 1
5.1实验方法 1
5.2热处理工艺对组织的影响 1
5.2.1单步固溶处理 1
5.2.2二步固溶热处理 1
5.3热处理工艺对机械性能的影响 1
5.4本章小结 1
6 结 论 1
致 谢 1
参 考 文 献 1
附录A英文翻译（原文） 1
附录B英文翻译（译文） 1


1 绪 论
1.1课题的背景和意义
进入二十世纪八十年代以来，采用干砂消失模铸造法(LFC技术)生产铝合金汽车铸件在欧美得以迅速发展。干砂消失模铸造是一项完全不同于传统湿砂型铸造的全新技术。采用该技术代替传统湿砂型进行生产，产、应用范围广等许多优点。该铸造技术可实现铸件的轻量化和精密化，铸件的尺寸精度可达CT6-8级，表面粗糙度Ra6.3-12.5 u m，与传统砂型铸造相比，可减少加工量10～30%，降低投资成本15～40%，并显著提高生产效率，改善工作环境，实现清洁生产。该技术是铸造工艺的一个重要发展方向，被誉为二十一世纪的铸造技术汇[1].
1962年美国人M. C. Fleming开始用干砂和EPS模生产铸件。二十世纪八十年代初，干砂消失模铸造专利的失效以及试验研究取得的进展，为这一新工艺的工业应用提供了极好的机遇。福特汽车公司率先在加拿大Essex工厂建立了生产100万只铝进气歧管的高度自动化消失模铸造生产线，揭开了这一新技术在先进工业国家飞速发展的序幕。在不改变原设计及结构的前提下，采用干砂消失模铸造法生产的铝进气管铸件比普通砂型铸造法生产的重量轻2090左右，成本约下降20%，而发动机功率可提高4%左右。1990年通用汽车公司在Saturn建成占地面积10万㎡年产铸件5.5万吨的新铸造厂，全自动的EPC生产线有三条，其中一线生产319A1四缸体，二线生产两种型号的319A1汽缸盖，三线生产珠光体球铁曲轴和两种型号的传动差动壳体。Fiat和Fata公司在意大利建造了两个车间，用该法专门生产汽车发动机进气管，其中一个车间在生产率为50型/小时的自动线上生产铝进气管，一个铸型可生产四个管件。英国Pexry Bar Mefal公司已将金属型浇注法生产铝合金铸件改为气化模铸造法生产。目前，该公司向市场提供发动机进气管、水泵和压气机壳体及其它零件。
二十世纪九十年代，德国大众投资2000万美元建造了四缸铝合金缸体生产线。宝马汽车公司建成了年产20万件的六缸铝合金缸盖生产线。日本、荷兰等国也在稳步发展LFC技术，使之在铸造生产中发挥其特有的优势。
可见，LFC技术己经在工业发达国家稳定地发展起来，发达国家投入了相当的人力和财力研究和开发干砂消失模铸造技术，并取得了巨大成功。对于复杂消失模铸件，其公差可达到石膏型铸件的水平。
二十世纪九十年代以来，我国消失模铸造技术得到了较大发展。但我国消失模铸造工厂生产铸件的品种基本为铸铁和铸钢件。目前，我国采用消失模铸造正式大批量生产铸铝件的厂家仅第一汽车厂一家。第一汽车集团轻型发动机厂从美国VULCAN公司引进了制模成套设备及振功台，与国内其它设备配套组成生产线，用于大批量生产CA488发动机铝合金进气管，已于1993年正式投产。
目前有关LFC技术的研究主要集中在金属液的充型特性、泡沫塑料模样热分解特性、干砂紧实特性以及铸造工艺设计等方面。充型特性的研究主要包括铝液流动前沿的流动形态、铝液的流动性、充型速度及影响充型的因素等方面。一些研究工作者采用冷淬法、高速摄影法、电极触点法等对不同形状的铝合金铸件的流动形态进行了研究[2]，在实验基础上，建立了铝液停止流动的物理模型，提出了铝液停止流动的物理判据。另有一些学者在物理测试研究的基础上利用计算机数值模拟的方法，对消失模铸造充型过程的温度场和流动场进行了研究，通过联立质量方程和动量方程对三维消失模铸造充型过程的流动及传热进行了数值计算，对消失模铝铸件的凝固过程做了数值模拟。探讨了提高铝液充型速度的方法，对提高消失模铸造铝液的充型能力有积极的作用。
在模样热分解特性的研究方面，采用差热分析等技术研究了模样在加热过程中的热破坏。利用磁带仪、动态应变仪及气压传感器等组成的测试系统对不同工艺条件下铝合金干砂消失模铸造聚苯乙烯模样(EPS )热解产物的气体压力进行了测试[3]，认为铝合金消失模铸造条件下，聚苯乙烯模样热解产物主要为液态，这对揭示铝合金消失模铸造特点具有积极的意义。
综上所述，国内外铸造工作者对消失模铸造技术进行了大量有价值的研究，取得了许多成果，但由于对铝合金LFC技术而言，当前的主要问题是由于铸型冷却慢、以致铝铸件晶粒粗大、针孔严重，阻碍着该项新技术的推广应用。而目前有关LFC技术的研究主要集中在金属液的充型特性、泡沫塑料模样热分解特性、干砂紧实特性以及铸造工艺设计等方面。缺少有关铝件组织、性能方面的研究，因此有必要针对消失模铸造特点，深入开展铝液变质、晶粒细化及热处理等方面的研究工作，促进该项新技术在汽车零件生产上的进一步应用。

1.2铝合金变质处理研究现状
共晶Si形貌(即其颗粒尺寸和形状)在决定Al-Si合金铸件机械性能方面起到重要作用。在通常的冷却条件卜，粗大的针状Si粒往往作为裂纹源而降低铝件的机械性能。通过快速凝固或加入少量的Sr或Na到熔体中可以改变Si相的形貌，使共晶硅从粗大的针片状转变为细小纤维状或层片状，以提高铝件的机械性能。决定共晶Si微观结构的参数包括:变质剂的类型、变质剂的数量、熔休中存在的杂质、合金的含Si量以及冷却速率。
1.2.1杂质和冷却速率的影响
文献[ 4]的研究表明，通过提高Al的纯度可以获得变质组织。指出工业Al-Si合金中通常含有富P和富A1的AlP颗粒，在低的过冷度下AlP颗粒可有效地使Si相形核，并形成粗大的片状Si粒。通过把合金纯度从99.995%提高到99.9999%，发现在不加入其它物质或快速激冷的情况下可使Si相得到细化。在0.0025%的P量下，共晶Al-Si熔体中没有足够的AIP粒子作为Si的有效异质形核核心，从而阻碍厂粗大的片状Si粒的形成。然而，在实际生产中，采用这样高纯的Al-Si合金是不切实际的。
尽管粗大的片状Si粒可由AlP颗粒形核，但在快速凝固条件下，P和Al没有足够的时间相结合以形成AlP颗粒。因此，通过快速凝固，在没有化学变质剂的情况下，可以获得激冷变质。但从实际应用的角度来说，除了压铸外，在工业铸件生产中采用激冷变质的意义不大。因此，通常采用变质剂对铝合金进行变质。