半固態(tài)漿料雙螺旋攪拌裝置設(shè)計(jì)及Al--Si合金的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的FEM分析.pdf

1、過共晶Al-Si合金具有質(zhì)量輕、耐磨性和耐腐蝕性好、熱膨脹系數(shù)低等諸多優(yōu)點(diǎn)，是制造活塞、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體襯套和汽車剎車盤等精密耐磨部件的優(yōu)質(zhì)材料。傳統(tǒng)的熔鑄法制備的過共晶Al-Si合金晶粒粗大，含有較多的樹枝晶，嚴(yán)重降低合金的力學(xué)性能和切削加工性能，限制了過共晶Al-Si合金的發(fā)展和應(yīng)用。有研究表明，固相分?jǐn)?shù)在30％～40％之間的半固態(tài)漿料凝固后容易得到晶粒細(xì)小、球形度高的合金組織，若能設(shè)計(jì)一套裝置，將高溫液態(tài)Al-Si合金澆注進(jìn)去，通過調(diào)整

2、裝置的各項(xiàng)參數(shù)，使最終流出裝置的合金熔液固相分?jǐn)?shù)位于30％～40％之間，則可得到組織良好的過共晶Al-Si合金。
　　基于上述思想，本文設(shè)計(jì)了半固態(tài)漿料雙螺旋機(jī)械攪拌裝置，并選取Al-20％Si（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）作為研究對(duì)象，利用有限元方法(FEM)對(duì)裝置內(nèi)合金熔體冷卻過程中產(chǎn)生的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)進(jìn)行模擬，研究了螺旋桿轉(zhuǎn)速、冷卻水流量和攪拌桶傾斜角度三個(gè)因素對(duì)合金熔體溫度場(chǎng)和流場(chǎng)分布的影響，通過正交試驗(yàn)法分析以上三個(gè)因素對(duì)晶粒尺寸大小的影響

3、，從而確定最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并制備出晶粒尺寸小于50μm的Al-Si合金樣品。
　　模擬研究表明:冷卻水流量越大、攪拌桶傾斜角度越小，合金熔體的溫降越大，螺旋桿轉(zhuǎn)速對(duì)溫度場(chǎng)的分布影響較小;合金熔體的溫度由入口向出口逐漸降低，攪拌桶底部的合金熔體較頂部的溫度高，等溫線朝合金熔體前進(jìn)的方向凸出;合金熔體的速度由入口向出口先降低后升高，到達(dá)出口時(shí)的速度最高;出口處合金熔體固相分?jǐn)?shù)為30％～40％之間時(shí)得到的晶粒尺寸也相對(duì)較小，說明模擬的結(jié)

4、果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好。
　　正交試驗(yàn)分析表明:冷卻水流量是影響晶粒尺寸的主要因素，螺旋桿轉(zhuǎn)速次之，攪拌桶傾斜角度對(duì)晶粒尺寸的影響最小;冷卻水流量和攪拌桶傾斜角度逐漸增大時(shí)，晶粒尺寸均先減小后增大;螺旋桿轉(zhuǎn)速逐漸升高時(shí)，晶粒尺寸逐漸減小，球形度逐漸升高，說明螺旋桿轉(zhuǎn)速越高越能有效地打碎合金熔液中的樹枝晶。
　　通過正交試驗(yàn)分析得出的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)參數(shù)是:螺旋桿轉(zhuǎn)速為1400r/min、冷卻水流量為0.2kg/s、攪拌桶傾斜角度為15