大体积铝合金半固态浆料凝固组织控制与数值模拟

Rheological forming have the characteristics of short processes, near net shape production. Based on the preliminary work, aimed to key issues as the uneven distribution of the internal composition and organization of the semi-solid slurry, the limited volume of semi-solid slurry making, and so on, the project should to propose a technology prototype of making large volume of semi-solid aluminum alloy slurry, from the outer field affect on the crystallization of the alloy melt and the regulation of alloy slurry transmission. Reveal the internal organization of non-uniform mechanism and it's major regulatory elements, establish the theory of whole uniform transmission and solidification of large volume semi-solid slurry. The research results will provide a theoretical support to the continuous preparation of high-quality semi-solid slurry with the weight of 20Kg or more, breakthrough the bottlenecks of Rheoforming technology..Based on the transformation of the crystallizing mold ，to achieve the effective combination of the process of semi-solid slurry preparation -LAO (Limited Angular Oscillation) and functional ultrasound. Using the ultrasound-driven cavitation, acoustic streaming and other nonlinear effects, control the transmission behaviors of the semi-solid slurry in the crystallizing mold . Using the methods of Physical modeling, numerical simulation, experimental validation, and so on, reveal the uneven mechanism of the internal organization of large volume semi-solid slurry, then propose a solution, achieve the parameter optimization of large volume of semi-solid slurry preparation, obtain the technology prototype of large volume semi-solid slurry preparation.

流变成形具有短流程、近终形生产的特点。针对半固态浆料内部成份和组织分布不均匀、半固态浆料体积受限等关键问题，在课题组前期工作基础上，从外场对熔体的结晶与传输的调控作用入手，揭示内部组织不均匀机理及主要调控要素，建立大体积铝合金半固态浆料整体均匀传输凝固理论。研究成果将为连续制备20Kg以上高质量半固态浆料提供理论支持，突破流变成形技术的瓶颈。.项目通过结晶器改造实现半固态浆料制备工艺LAO（Limited Angular Oscillation）与功能超声有效结合，利用超声驱动的空化和声流等非线性效应控制结晶器内大体积半固态浆料的传输行为。采用物理模拟、数值模拟、实验验证等方法，揭示大体积铝合金半固态浆料内部组织不均机理，进而提出解决方案，实现铝合金大体积半固态浆料制备参数优化，提出大体积铝合金半固态浆料制备技术原型。

流变成形是一种新型凝固组织控制与成形技术，关键是获得含有细小均匀分布的球形/近球形晶粒的半固态浆料及其控制。凝固过程的控制是通过对各种传输过程实现的。这些传输在凝固过程中的演变规律及交互作用决定着凝固进程、凝固组织形态及成分分布。项目针对半固态浆料内部成分和组织分布不均匀、半固态浆料体积受限等关键问题，从装备参数对熔体的结晶与传输的调控作用入手，提出大体积半固态浆料制备技术原型，为连续制备20Kg以上高质量半固态浆料提供实验基础支持。.项目完成的研究内容主要包括：（1）铝合金大体积半固态浆料制备工艺及凝固组织控制研究、铝合金凝固过程中组织形成与长大数值模拟研究；（2）半固态成形的零件摩擦磨损性能的研究；（3）稀土复合添加精炼与变质处理对改善大体积熔体质量的初步研究；（4）铝合金半固态流变挤压成形技术工艺参数优化、成形质量分析与控制等初步研究。.本项目获得了课题组利用自有技术连续制备大体积、质量优良的铝合金半固态浆料稳定工艺参数：铝液浇注温度为液相线上20-50℃，转管预热温度为450±50 ℃，转管角度为10-25度，转管转速为0-180r/min；半固态浆料静止冷却率为0.3-2℃/s。.所制备的铝合金半固态浆料典型性能参数：平均晶粒直径约70μm、平均形状因子约0.80（形状差别小于20%）。单次循环时间小于100秒，单次循环铝合金半固态浆料量可达50Kg，可以为流变成形提供高质量大体积半固态浆料，生产30Kg以上高致密的结构零件。.与传统成形方法相比，铝合金半固态流变成形零件的力学性能有较大提高，经过热处理，能进一步提高到接近于普通锻件的力学性能。研究结论也表明半固态成形技术制备的零件在摩擦性能上也有所提高。进过稀土复合添加，对铝合金熔体进行精炼与变质处理，能进一步提高铝合金半固态成形零件的综合性能。.在项目实施过程中：授权发明专利6项；发表学术论文12篇，其中SCI收录2篇，中文核心7篇；获江西省科技发明奖二等奖1项；培养研究生4名，本科生2名。