4045-3003鋁合金復(fù)合鑄錠包覆鑄造的研究.pdf

1、復(fù)合材料聚集了單一材料的優(yōu)秀性能，被廣泛地應(yīng)用于汽車船舶、機(jī)械電子、石油化工、航空航天等領(lǐng)域，在近些年受到廣泛關(guān)注。采用直接水冷連續(xù)鑄造法生產(chǎn)復(fù)合材料能夠節(jié)約能源，降低生產(chǎn)費(fèi)用以及提高生產(chǎn)效率。在包覆鑄造中，首要研究的就是界面的結(jié)合情況和特點(diǎn)，分析鑄造工藝條件對(duì)鑄錠的復(fù)合狀態(tài)的影響，不斷改善復(fù)合材料的性能，因此，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)裝置、制定合理的鑄造工藝參數(shù)有很重大的意義。
　　本文首先通過Fluent有限元軟件建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型，模擬

2、復(fù)合鑄錠包覆鑄造過程的速度場、溫度場以及凝固過程。鑄錠的規(guī)格參數(shù)為Φ140mm/Φ110mm，其中外層是4045鋁合金，內(nèi)芯是3003鋁合金。對(duì)包覆鑄造過程的鑄造速度、鑄造溫度和接觸高度這三個(gè)工藝條件進(jìn)行模擬，分別模擬出了各自的速度場、溫度場以及對(duì)溫度分布提取數(shù)據(jù)分析。分析比較模擬結(jié)果之后發(fā)現(xiàn):在鑄造速度為110～150mm/min的條件下，界面的復(fù)合效果最好，鑄造速度過低，冷卻時(shí)間太長會(huì)導(dǎo)致無法復(fù)合，鑄造速度過高，則會(huì)使支撐層的厚度減

3、薄，由于回?zé)嶙饔?，?huì)重熔芯材，使復(fù)合界面受到損壞;在模擬的溫度范圍內(nèi)，即953K～1013K，鑄造溫度對(duì)兩種合金復(fù)合時(shí)的速度場和溫度場基本沒有影響，可以根據(jù)鑄造的實(shí)際情況制定最佳的溫度;采取較低接觸高度，如h=20mm和h=30mm進(jìn)行鑄造時(shí)，熔體在分流口處受各階段冷卻較大，流動(dòng)較弱，芯材液穴淺，支撐層厚度較大，支撐層外表面溫度較低，采取較高接觸高度時(shí)如h=40mm和h=50mm進(jìn)行鑄造時(shí)，熔體在分流口處流動(dòng)性較好，芯材液穴較深、支撐層

4、厚度適中，支撐層外表面溫度較高，高的接觸高度鑄造得到的復(fù)合鑄錠界面處的抗拉強(qiáng)度更高，所以鑄造時(shí)應(yīng)采用高的接觸高度，即40mm或者50mm。
　　在模擬出工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)際的包覆鑄造，驗(yàn)證不同鑄造速度的情況。鑄造速度為90mm/min時(shí)，出現(xiàn)掛錠;鑄造速度為170mm/min時(shí)，出現(xiàn)漏鋁。鑄造速度為110mm/min、130mm/min、150mm/min的復(fù)合宏觀形貌良好。觀察復(fù)合成功的三組鑄錠的結(jié)合界面的宏觀組織和微觀組

5、織，鑄造速度為110mm/min的鑄錠復(fù)合界面并沒有全部復(fù)合;鑄造速度為130mm/min的試樣微觀組織顯示結(jié)合界面有較寬的擴(kuò)散過渡層。根據(jù)打點(diǎn)分析得知元素互相均勻擴(kuò)散至另一種合金，在界面處兩種合金元素均有一個(gè)突變現(xiàn)象，即從4045鋁合金到3003鋁合金Si含量迅速降低，從3003鋁合金到4045鋁合金Mn含量迅速降低，Si和Mn兩種元素都有一定程度的擴(kuò)散，這說明兩種合金是一種冶金結(jié)合;鑄造速度為150mm/min的鑄錠結(jié)合界面發(fā)生了混