熔体过热处理对Al-Cu合金熔体结构和定向凝固组织、性能的影响

摘要

本文在大量试验的基础上建立了Al-Cu合金熔体结构物理模型，研究了熔体过热处理对Al-Cu合金熔体结构的影响；在温度梯度、抽拉速率一定的条件下，研究了熔体过热处理(熔体过热温度Ts、熔体过热时间ts和低温保持时间th)对Al-4.7％Cu合金定向凝固组织形态及一次枝晶间距的影响；在电子万能试验机上测出经不同过热处理后定向凝固试样的应力—应变曲线；用扫描电镜分析了Al-4.7％Cu合金定向凝固试样拉伸后的断口形貌；用XRD分析了不同熔体过热处理定向凝固的晶体取向；探讨了熔体过热处理影响最终组织、性能及晶体取向的内在机制，以期能够丰富凝固理论、指导生产实践。 研究结果表明：Al-Cu合金过热熔体不可逆微观不均匀区主要包括不可逆类固型原子团簇、可逆类固型原子团簇、可逆类液型原子团簇和短程序；Al-Cu合金熔体过热处理会使熔体结构状态发生不可逆变化，使熔体的结构敏感物性参数如粘滞系数η和溶质扩散系数DL出现滞后效应表现出滞回现象，并使形核过冷度AT-增加；熔体过热处理对Al-4.7％Cu合金定向凝固组织及力学性能有显著影响，经过950℃和1050℃过热处理的一次枝晶间距λ1比在750℃无过热直接定向凝固的减小了30％以上；Al-4.7％Cu合金非定向凝固试样失效形式为脆性断裂，而经不同熔体过热处理后Al-4.7％Cu合金定向凝固试样失效形式则表现为韧性断裂，定向凝固试样力学性能比非定向凝固的要好，强度提高了近60％，延伸率提高了近一倍；通过熔体过热处理的Al-4.7％Cu合金定向凝固试样，其富Cu相明显减少，韧窝数量显著增加；Al-4.7％Cu合金枝晶沿择优方向<100>生长，而且随着熔体过热温度的提高，(100)晶面衍射强度减弱，表明晶面取向产生分支现象；熔体过热处理之所以对Al-4.7％Cu合金定向凝固组织、力学性能及晶体取向有显著影响，是因为熔体过热处理改变了熔体的结构状态，液态金属结构的改变直接影响了最终的组织、性能及晶体取向。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1定向凝固概述

1.1.1定向凝固的理论基础

1.1.2定向凝固时的枝晶生长

1.1.3定向凝固技术及其研究现状

1.1.4定向凝固试验及其研究现状

1.2熔体过热处理概述

1.2.1熔体过热处理的基本思想

1.2.2熔体过热处理的研究现状

1.3本文的研究目的和研究内容

1.3.1研究目的

1.3.2研究内容

1.3.3研究路线

第二章试验材料及方法

2.1试验材料

2.2定向凝固设备

2.3试样的制备

2.4组织分析

2.5力学性能试验

2.5.1试验方法

2.5.2试验参数的选定

2.5.3断口形貌观察

第三章Al-Cu合金熔体结构研究

3.1 Al-Cu合金熔体物理模型的建立

3.2熔体过热处理对Al-Cu合金熔体结构的影响

3.2.1熔体形核过冷度△T-的增加

3.2.2熔体粘滞系数η的不可逆效应

3.2.3熔体中溶质扩散系数DL的不可逆效应

3.3小结

第四章熔体过热处理对定向凝固组织的影响

4.1定向凝固工艺参数的确定

4.1.1定向凝固温度T0的选定

4.1.2定向凝固抽拉速率V0的选定

4.2熔体过热处理对定向凝固组织的影响

4.2.1熔体过热温度Ts对定向凝固组织的影响

4.2.2熔体过热时间ts对定向凝固组织的影响

4.2.3熔体低温保温时间th对定向凝固组织的影响

4.3小结

第五章熔体过热处理对定向凝固力学性能及晶体取向的影响

5.1熔体过热处理对定向凝固力学性能的影响

5.2断口形貌观察

5.3熔体过热处理对定向凝固晶体取向的影响

5.4小结

第六章结论

参考文献

致谢

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