基于A390铝合金连续拉棒制备的研究方法技术

本发明专利技术属于金属合金拉棒铸造应用技术领域，具体公开了基于A390铝合金连续拉棒制备的研究方法，包括以下步骤，步骤1、相图研究，微观组织均匀性控制检测，热处理态的A390合金微观组织由初生Si相和(α+Si)共晶组成，其中Si相的形貌、尺寸和分布状态对零件的最终性能会产生巨大的影响，选取两种A390合金制作的零件进行合金微观组织检测。步骤2、数值模拟模型，通过数值模拟的方法研究A390铝合金圆锭DC半连续铸造过程的冷却速率在铸锭横截面上的分布，获得铸锭从表面到中心的凝固冷却速率分布是研究冷却速率与变质关系。本发明专利技术的有益效果在于：采用数值模拟分析A390铝合金圆锭的冷却速率分布，研究不同冷却速率下的变质效果，并提出铸造工艺改进。出铸造工艺改进。

【技术实现步骤摘要】
基于A390铝合金连续拉棒制备的研究方法


[0001]本专利技术属于金属合金拉棒铸造应用
，具体涉及基于A390铝合金连续拉棒制备的研究方法。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车时代的来临，受限于移动储能发展的瓶颈，对于汽车零部件轻量化的需求日益增加。
[0003]铝基过共晶合金因其具备可媲美铁基合金的力学性能，低密度和高的耐磨性等特点，逐渐被用于取代传统的铁基合金制备汽车零部件，以满足汽车整体轻量化的市场需。相比于常规铸件，不但比普通铸铁件轻，而且通过硅的球墨化消除了组织偏析，并通过固溶处理得到均匀的组织和细小的晶粒，能显著提高合金的力学性能和热工艺性能，被广泛应用于汽车行业，特别是汽车轻量化何新能源汽车的应用中。
[0004]高硅过共晶铝合金具有热膨胀系数小、体积稳定性高、高强耐磨、耐蚀性等优点，是替代汽车等交通工具发动机系统、空调系统和制动系统关键零部件用铁基材料的首选材料。A390铝合金是其高硅过共晶型一种铸造性能优异，通常采用DC(direct chill，DC)半连铸的工艺制备圆锭，再经过挤压、锻造等工序，制造斜盘及其他在高温条件下工作的零件。高硅铝合金由于其凝固潜热大，结晶范围宽，极易导致铸锭初生硅组织粗大，形貌差，组织不均匀，制备难度大，严重制约了高性能新能源汽车领域的发展。
[0005]A390铝合金的典型组织包括初生α
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Al、Al
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Si共晶组织以及少量Mg2Si、CuAl2及其他含Fe和Ni的复杂合金相。共晶硅的形态、大小和分布是影响合金力学性能尤其是伸长率的重要因素。未经变质的共晶硅呈粗大板条状或长针状，变质后的理想共晶硅组织为细小均匀的纤维状或颗粒状。对共晶硅的变质能显著改善A390铝合金的力学性能、耐磨性、电学性能和导热性能等。因此，在A390铝合金生产过程中变质处理是非常重要的一道工序。
[0006]目前工业生产中广泛采用的方法是在熔体中加入变质剂对A390铝合金进行变质处理，这是因为加入变质剂的方法具有变质效果稳定、可操作性强、无需额外增加设备等优点，适合于工业化生产。常用的变质剂有钠(Na)、锶(Sr)、锑(Sb)、钙(Ca)、钡(Ba)、稀土变质剂对共晶硅的变质效果，与凝固冷却速率密切相关。在变质剂添加量相同的条件下，冷却速率越高，共晶硅组织越细小，变质效果越好，并且各变质元素对冷却速率的敏感性有明显差异。由于冷却速率对共晶硅变质的影响，要获得变质效果良好、组织均匀的高质量铸锭，对铸锭在铸造时的冷却速率进行研究十分必要。尤其是在DC半连续铸造生产大规格铸锭时，在铸锭横截面不同位置的冷却速率相差较大。。
[0007]因此，基于上述问题，本专利技术提供基于A390铝合金连续拉棒制备的研究方法。

技术实现思路

[0008]专利技术目的：本专利技术的目的是提供基于A390铝合金连续拉棒制备的研究方法，采用数值模拟分析A390铝合金圆锭的冷却速率分布，研究不同冷却速率下的变质效果。
[0009]技术方案：本专利技术的基于A390铝合金连续拉棒制备的研究方法，包括以下步骤，步骤1、相图研究，微观组织均匀性控制检测，热处理态的A390合金微观组织由初生Si相和(α+Si)共晶组成，其中Si相的形貌、尺寸和分布状态对零件的最终性能会产生巨大的影响，选取两种A390合金制作的零件进行合金微观组织检测。步骤2、数值模拟模型，通过数值模拟的方法研究A390铝合金圆锭DC半连续铸造过程的冷却速率在铸锭横截面上的分布，获得铸锭从表面到中心的凝固冷却速率分布是研究冷却速率与变质关系。
[0010]本技术方案的，所述步骤1中，选取日本生产的A390零件、国产A390合金试制零件进行检测。
[0011]本技术方案的，所述步骤2中，模型取固相率fs＝0.3作为区分浆状区和糊状区的分界点，此时的温度定义为凝固搭接温度Tcoh，此温度以上为浆状区，此温度以下为糊状区；按照DC半连铸过程中流场与温度场之间的强耦合关系，采用Fluent软件建立DC半连续铸造非稳态流场温度场耦合模型，将两相区分为浆状区(slurry zone)和糊状区(mushy zone)两部分，在浆状区材料行为更接近于流体，在糊状区材料行为更接近于固体；冷却速率为合金凝固搭接温度Tcoh至固相线温度Ts区间的平均冷却速率，Rc＝ΔT＝Tcoh
‑
Ts；Δt tcoh
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ts；式中：Rc为冷却速率，K/s；ΔT为温度差值，K；Δt为时间差值，s；Tcoh为凝固搭接温度，K；Ts为固相线温度，K；tcoh为温度降至凝固搭接温度的时间，s；ts为温度降至固相线温度的时间。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的基于A390铝合金连续拉棒制备的研究方法的有益效果在于：采用数值模拟分析A390铝合金圆锭的冷却速率分布，研究不同冷却速率下的变质效果，并提出铸造工艺改进建议。
附图说明
[0013]图1是两种A390合金制作的零件(传统铸造方法)进行合金微观组织示意图；
[0014]图2是半固态铸锭示意图；
[0015]图3是本专利技术的基于A390铝合金连续拉棒制备的研究方法的主要边界条件示意图；
[0016]图4是二次冷却水的换热系数设置示意图；
[0017]图5、图6和图7是利用本方法铸造的零件与日本A390合金制作的零件进行比对的示意图；
[0018]图8是硬度分析比对示意图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术。
[0020]本专利技术的基于A390铝合金连续拉棒制备的研究方法，包括以下步骤，步骤1、相图研究，微观组织均匀性控制检测，热处理态的A390合金微观组织由初生Si相和(α+Si)共晶组成，其中Si相的形貌、尺寸和分布状态对零件的最终性能会产生巨大的影响，选取两种A390合金制作的零件进行合金微观组织检测(如图1、图5、图6和图7所示)。步骤2、数值模拟模型，通过数值模拟的方法研究A390铝合金圆锭DC半连续铸造过程(如图2所示)的冷却速率在铸锭横截面上的分布，获得铸锭从表面到中心的凝固冷却速率分布是研究冷却速率与
变质关系。
[0021]本专利技术的基于A390铝合金连续拉棒制备的研究方法优选的，所述步骤1中，选取日本生产的A390零件、国产A390合金试制零件进行检测。
[0022]本专利技术的基于A390铝合金连续拉棒制备的研究方法优选的，所述步骤2中，模型取固相率fs＝0.3作为区分浆状区和糊状区的分界点，此时的温度定义为凝固搭接温度Tcoh，此温度以上为浆状区，此温度以下为糊状区；按照DC半连铸过程中流场与温度场之间的强耦合关系，采用Fluent软件建立DC半连续铸造非稳态流场温度场耦合模型，将两相区分为浆状区(slurry zone)和糊状区(mushy zone)两部分，在浆状区材料行为更接近于流体，在糊状区材料行为更接近于固体；冷却速率为合金凝固搭接温度Tcoh至固相线温度Ts区间的平均冷却速率，R本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于A390铝合金连续拉棒制备的研究方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1、相图研究，微观组织均匀性控制检测，热处理态的A390合金微观组织由初生Si相和(α+Si)共晶组成，其中Si相的形貌、尺寸和分布状态对零件的最终性能会产生巨大的影响，选取两种A390合金制作的零件进行合金微观组织检测；步骤2、数值模拟模型，通过数值模拟的方法研究A390铝合金圆锭DC半连续铸造过程的冷却速率在铸锭横截面上的分布，获得铸锭从表面到中心的凝固冷却速率分布是研究冷却速率与变质关系。2.根据权利要求1所述的基于A390铝合金连续拉棒制备的研究方法，其特征在于：所述步骤1中，选取日本生产的A390零件、国产A390合金试制零件进行检测。3.根据权利要求1所述的基于A390铝合金连续拉棒制备的研究方法，其特征在于：所述步骤2中，模型取固相率fs＝0.3作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱鑫涛，蒋海春，王富，吴子宁，朱玉棠，赵保解，
申请(专利权)人：泰州市金鹰精密铸造有限公司，
类型：发明
国别省市：