大数据-算法-强制对流搅拌制备7075铝合金半固态组织性能研究及数值模拟.pdf

本文是关于大数据、算法在7075铝合金半固态组织性能研究及数值模拟中的应用。作者通过北京科技大学博士学位论文的研究，深入探讨了利用强制对流搅拌技术制备7075铝合金半固态组织的方法及其对材料性能的影响。在这个过程中，大数据和算法起到了关键作用，用于分析和优化工艺参数。 研究中开发了一种名为强制对流流变设备（FCR），用于制备高品质的铝合金半固态压铸件。通过对工艺参数的精细调控，如浇注温度（640-650°C）、搅拌速度（200-400 r/min）和搅拌筒体温度（610-590°C），可以得到平均晶粒尺寸约为70 μm、形状因子为0.8的均匀分布的7075铝合金半固态组织。这种组织结构有助于减少流动过程中的紊乱和飞溅，降低气孔缺陷，同时降低因凝固收缩导致的缩孔疏松。 7075铝合金经流变压铸和T6热处理后，表现出优异的力学性能，平均抗拉强度达到538 MPa，平均伸长率达到3.32%，断口特征显示其韧性明显优于传统压铸。此外，与普通压铸相比，采用半固态流变压铸技术的A380铝合金汽车减震器配件的气孔缺陷面积减少了27倍，进一步证明了这种方法的优越性。 强制对流搅拌机制使得熔体内部温度场和成分快速均匀，促进了均匀的过冷状态，从而增加了有效形核点的数量，有利于非均匀形核。搅拌过程中的对流运动使得晶核在熔体内部自由移动，提高了形核率。通过调整搅拌速度和筒体温度，可以优化温度差异，促进晶粒的各向均匀生长，形成更接近球形的晶粒结构。 研究还涉及了热裂敏感性的分析。直径较小的试样由于冷却速度快，枝晶臂更细长，热裂倾向较大。通过数值模拟和实验，发现半固态组织在较低的浇注温度和较高的模具温度下，热裂倾向可得到改善。在特定的工艺条件下（如浇注温度650°C，筒体温580°C，搅拌速度300 r/min，搅拌时间30 s，热裂模具温度230°C），半固态浆料浇注的热裂等级显著降低至100 mm²，这表明通过精确控制工艺参数，可以有效地减少热裂问题。 该研究通过大数据分析和数值模拟技术，深入理解了7075铝合金在半固态状态下的组织形成和性能变化，为优化制备工艺提供了理论基础，对于铝合金材料的高性能应用具有重要意义。关键词包括7075铝合金、流变压铸、形核机理、数值模拟和热裂。