電子束掃描鋁硅合金熔池內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限制了其工業(yè)應用,因此需要進行表面處理。鋁硅合金的顯微組織取決于材料的凝固條件。對熔化材料進行快速凝固,可使鋁硅鑄件的平均晶粒尺寸減少一個數量級,電子束掃描技術作為一項新型的快速表面處理技術,為提高鋁硅合金的硬度并改善耐磨性開辟新的領域。
　　為研究電子束掃描鋁硅合金表面的熔化及凝固特性,結合目前熱流耦合模擬的發(fā)展,建立一個與實際加載方式更加貼合的熱源模型;對熱處理過程中的溫度場、流場及應力場進行了模擬,

2、得到了熔凝過程中三場的分布特點;討論了下束時間對束斑尾跡線的影響;探討了熱處理過程中的延遲效應;得到了經電子束掃描處理后試樣表面的形貌;研究了經掃描處理后試樣的表面變形。基于價電子理論計算了鋁硅合金內各相的價電子結構,并以此為依據判斷熱處理過程中的熔凝特性;利用金相顯微鏡、掃描電鏡、顯微硬度計等對試樣進行金相組織分析與機械性能測試;分析了凝固后硅相形貌尺寸對材料硬度的影響;探討了硅相中心產生裂紋的原因;分析了電子束工藝參數對氣孔及失重的

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溫度場分布呈雙扭線形,下束時間越長,試樣掃描帶上高溫區(qū)分布越集中,相對的溫度梯度也越大。能量的動態(tài)累積過程和熱容引起了熱處理過程的延遲效應。熔體前沿的渦流為順時針方向,熔體后沿的渦流為逆時針方向,前者沿熔深方向的速度分量明顯大于后者,熔體內側沿熔深方向的速度分量也大于熔體外側的速度分量,最大速率位置在熔體前沿,其值可達0.201m/s。下束30s后冷卻試樣的最大正

4、變形為0.2989mm,最大負變形為0.3086mm。硅相及共晶體的結構破壞要比鋁的結構破壞難,從固態(tài)開始,Al-Al相最先開始熔化,之后是Al-Si共晶組織,最后是Si-Si相發(fā)生破壞;經電子束表面熔凝處理后,試樣分為熔化區(qū)、過渡區(qū)和基體三個區(qū)域;且經電子束掃描處理后,硅相得到了明顯細化;熔化區(qū)內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生裂紋的原因。
　　掃描后試樣切