電子束掃描鋁硅合金熔池內(nèi)熔體行為及凝固特性的研究.pdf

1、鋁硅合金的耐腐蝕性差等缺點(diǎn)限制了其工業(yè)應(yīng)用,因此需要進(jìn)行表面處理。鋁硅合金的顯微組織取決于材料的凝固條件。對(duì)熔化材料進(jìn)行快速凝固,可使鋁硅鑄件的平均晶粒尺寸減少一個(gè)數(shù)量級(jí),電子束掃描技術(shù)作為一項(xiàng)新型的快速表面處理技術(shù),為提高鋁硅合金的硬度并改善耐磨性開(kāi)辟新的領(lǐng)域。
　　為研究電子束掃描鋁硅合金表面的熔化及凝固特性,結(jié)合目前熱流耦合模擬的發(fā)展,建立一個(gè)與實(shí)際加載方式更加貼合的熱源模型;對(duì)熱處理過(guò)程中的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了模擬,

2、得到了熔凝過(guò)程中三場(chǎng)的分布特點(diǎn);討論了下束時(shí)間對(duì)束斑尾跡線的影響;探討了熱處理過(guò)程中的延遲效應(yīng);得到了經(jīng)電子束掃描處理后試樣表面的形貌;研究了經(jīng)掃描處理后試樣的表面變形?；趦r(jià)電子理論計(jì)算了鋁硅合金內(nèi)各相的價(jià)電子結(jié)構(gòu),并以此為依據(jù)判斷熱處理過(guò)程中的熔凝特性;利用金相顯微鏡、掃描電鏡、顯微硬度計(jì)等對(duì)試樣進(jìn)行金相組織分析與機(jī)械性能測(cè)試;分析了凝固后硅相形貌尺寸對(duì)材料硬度的影響;探討了硅相中心產(chǎn)生裂紋的原因;分析了電子束工藝參數(shù)對(duì)氣孔及失重的

3、影響,并探討了飛濺形成的條件。
　　研究表明:下束階段模型切面的瞬時(shí)溫度場(chǎng)分布呈雙扭線形,下束時(shí)間越長(zhǎng),試樣掃描帶上高溫區(qū)分布越集中,相對(duì)的溫度梯度也越大。能量的動(dòng)態(tài)累積過(guò)程和熱容引起了熱處理過(guò)程的延遲效應(yīng)。熔體前沿的渦流為順時(shí)針?lè)较?熔體后沿的渦流為逆時(shí)針?lè)较?前者沿熔深方向的速度分量明顯大于后者,熔體內(nèi)側(cè)沿熔深方向的速度分量也大于熔體外側(cè)的速度分量,最大速率位置在熔體前沿,其值可達(dá)0.201m/s。下束30s后冷卻試樣的最大正

4、變形為0.2989mm,最大負(fù)變形為0.3086mm。硅相及共晶體的結(jié)構(gòu)破壞要比鋁的結(jié)構(gòu)破壞難,從固態(tài)開(kāi)始,Al-Al相最先開(kāi)始熔化,之后是Al-Si共晶組織,最后是Si-Si相發(fā)生破壞;經(jīng)電子束表面熔凝處理后,試樣分為熔化區(qū)、過(guò)渡區(qū)和基體三個(gè)區(qū)域;且經(jīng)電子束掃描處理后,硅相得到了明顯細(xì)化;熔化區(qū)內(nèi)硅相的形貌尺寸小于8.5μm,該區(qū)的最高硬度是基體硬度的1.39倍;溶解后硅相周圍的密度差是硅相中心產(chǎn)生裂紋的原因。
　　掃描后試樣切