变形铝、镁合金自孕育凝固近终形铸造过程及机理研究

铝、镁变形合金采用铸造法近终形成形制备高强、高韧和低成本的复杂件具有诱人的发展前景，但变形合金流动性差，容易产生热裂和缩松、缩孔。本项目采用合金本体和异体孕育并经过多流股混合冷却槽进一步孕育的方法，通过控制合金熔体温度与局部过冷使之具有大量的晶核，保证熔体已析出的初生相不发生再辉熔化；熔体随后经过多流股混合冷却槽，利用局部过冷、流动冲刷混合后再与已有晶核的自孕育凝固结晶时，具有小的临界晶核，加强自孕育效果、促进晶粒增殖、抑制晶粒生长，获得具有非枝晶初生固相的固-液混合浆料，将用于铝、镁变形合金的铸造成形。从理论计算和实验两方面入手，系统研究：自孕育过程中母合金成分和反应条件对初生相形成的影响；铝、镁变形合金本体、异体加入参数与熔体间以及多流股混合冷却槽与固-液混合熔体间的热力学、动力学、扩散行为和外力场作用下的形核与晶粒长大机理，为铝、镁变形合金采用铸造法生产复杂零件提供可靠的理论。

铝、镁变形合金采用铸造法近终形成形制备高强、高韧和低成本的复杂件具有诱人的发展前景，但变形合金流动性差，容易产生热裂和缩松、缩孔。本项目提出了一种新的半固态制浆新方法----自孕育法，采用合金本体和异体孕育并经过多流股混合冷却槽进一步孕育的方法，通过控制合金熔体温度与局部过冷使之具有大量的晶核，保证熔体已析出的初生相不发生再辉熔化；熔体随后经过多流股混合冷却槽，利用局部过冷、流动冲刷混合后再与已有晶核的自孕育凝固结晶时，具有小的临界晶核，加强自孕育效果、促进晶粒增殖、抑制晶粒生长，获得具有非枝晶初生固相的固-液混合浆料。从理论计算和实验两方面入手，系统研究了：自孕育铸造过程的热力学与动力学，分析了合金半固态加工的判据：凝固温度区间(ΔT)、固相率对温度的敏感性(−dφs/dT)和可加工温度窗口(ΔTTPW)；合金浆料的制备方法，浆料制备过程中金属液混合方式、混合温度、孕育剂的加入量、多流股混合冷却槽的温度、类型、长度及倾斜角度等对合金组织的影响。铝、镁变形合金本体、异体加入参数与熔体间以及多流股混合冷却槽与固-液混合熔体间交互作用，探讨了子合金中初生相的形成及球状晶在多流股混合冷却槽作用下长大过程中的。并对自孕育制备变形合金固液混合浆料进行近终成形压铸成形。项目的研究达到了预期的研究目标。为铝、镁变形合金采用铸造法生产复杂零件提供了理论基础。