多元鋁合金熱裂傾向預測.pdf

1、熱裂是鋁合金凝固過程中一種最常見和危害最大的缺陷，因此預測鋁合金的熱裂傾向具有重要的實踐意義。本文基于Clyne and Davies提出的熱裂傾向預測CSC(Cracking Susceptibility Coefficient)模型，采用相圖計算凝固過程中各合金系的熱物性參數(shù)，使用實驗方法測定各合金元素的HTSmax后引入修正系數(shù)對CSC模型進行修正，最終開發(fā)出多元鍋合金熱裂傾向預測軟件，可實現(xiàn)單點、線計算和面計算功能。使用該軟件完

2、成對常見的鑄造二元、三元和多元鋁合金進行熱裂傾向的預測，并結合文獻數(shù)據(jù)驗證CSC模型的準確性。完成的主要研究工作如下:
　　(1)采用PanEngine的API用戶界面接口和C++的MFC自定義開發(fā)便于用戶操作的熱裂傾向預測軟件。軟件調用PanAluminumTM熱力學數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)相圖計算凝固過程，并結合符合實際情況的冷卻模型，通過軟件的計算功能實現(xiàn)輸入合金成分，獲取CSC預測結果的功能。本軟件可實現(xiàn)輸入合金成分的單點計算、線計算和

3、面計算功能。
　　(2)對常見的Al-Si、Al-Cu、Al-Mg和Al-Zn二元系鑄造合金的預測結果表明:熱裂傾向預測都有典型的“Λ型”峰，峰值分別位于0.22wt.％Si、0.74wt.％Cu、1.55wt.％Mg和13wt.％Zn處，該預測結果與參考文獻中的預測結果和實驗數(shù)據(jù)點一致。
　　(3)使用半定量的熱裂敏感性指數(shù)HTS方法實驗測得二元系合金的HTS(i)max，結合軟件預測得到的CSC(i)max，引入修正因子

4、Fn來修正軟件計算出的CSC值，F(xiàn)n=∑ni=1ωiFi/∑ni=1ωi，其中Fi(i=Si，Cu，Mg，Zn，F(xiàn)e，Mn)分別為:1、1.29、1.64、0.22、0.97、1.76。
　　(4)使用面計算模塊軟件對常見的Al-Cu-Si、Al-Si-Mg和Al-Cu-Mg系三元合金進行熱裂傾向預測并繪制等值輪廓圖。Al-Cu-Si系三元合金有一個明顯的熱裂高度敏感區(qū)，位于0.4～1.5wt.％Cu和0～0.3wt.％Si成分范

5、圍內，并且在Cu=0.75wt.％或Si=0.2wt.％處出現(xiàn)CSC峰脊。Al-Si-Mg系三元合金存在兩個熱裂敏感區(qū);增加Si含量，該體系合金熱裂傾向減小，低Mg量的熱裂敏感區(qū)逐漸消失;當Al-Mg2Si系合金富余少量的Mg時，存在一個不易熱裂條帶。Al-Cu-Mg系三元合金存在大的熱裂高度敏感區(qū)，位于Cu含量0～0.7wt％和Mg含量0.8～2.8wt％范圍內，CSC預測值大于2.08;同時存在一個熱裂不敏感區(qū)，位于Cu(3.4wt

6、.％，5wt.％)和Mg(1wt.％，3.3wt.％)三角藍色色標區(qū)，CSC值小于0.39。文獻預測結果和實驗數(shù)據(jù)驗證了本模型的準確性。
　　(5)使用面計算模塊對常見的Al-Cu-Mg-Si系、Al-Mg-Zn-Cu系、Al-Mg-Zn-Cu-Mn和Al-Si-Cu-Mg系合金進行熱裂傾向CSC預測。在Al-Cu-Mg合金體系中加入Si可以有效改善合金系的熱裂傾向，熱裂敏感區(qū)減小甚至消失。對Al-Mg-Zn-Cu體系來說，Cu元