热分析技术在319铝合金熔体检测中的应用及工艺因素影响的研究

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本文采用自行研制开发的热分析系统对319铝合金的质量进行检测。热分析方法虽然能够作为铝合金熔体质量检测的手段,但其精度会受到工艺因素的影响,在热分析过程中适当的调整工艺因素(即浇注温度和浇注量),能提高对铝合金熔体质量检测的精度。由于试验是在企业进行的,具有一定的随机性,因此采用回归分析的方法,对二者的关系进行统计分析。   首先,运用热分析技术研究了冷却曲线特征值与319铝合金中化学成分之间的关系,并进行回归分析。经过分析表明,在不考虑工艺因素的情况下,Si%含量与α-Al枝晶生长回升温度TGαDEN之间的相关性最大,其相关系数r为-0.65。实际Si%含量与经公式计算得到的Si%含量的误差平均值约为0.15;在浇注过程中,浇注温度和浇注量与合金的冷却速度密切相关。将冷却速度和TGαDEN对Si%含量的影响做二元回归并修正,发现实际Si%含量与经过工艺因素修正后的公式计算得到的Si%含量的误差平均值约为0.087,其相关系数r=-0.77,这表明经过工艺因素修正后的回归方程,能明显提高对319铝合金中Si%含量预测的准确率,预测值更加精确。   应用铸造模拟软件ProCAST对319铝合金的凝固过程进行模拟,分析了浇注温度和浇注量对热分析冷却曲线特征值的影响。通过与实际冷却曲线的特征值对比发现ProCAST软件对冷却曲线特征值的模拟结果准确。比较不同浇注量,不同浇注温度的模拟结果发现,经过工艺因素的修正后,Si%含量与模拟枝晶生长回升温度TGαDEN的相关系数明显提高,根据修正后的公式计算出的Si%含量与实际Si%含量的误差较小,验证了回归分析的结论。ProCAST软件不仅能够实现对试样各个位置冷却曲线的观测,还能够对试样浇注过程中产生的缩孔和缩松的位置进行预测。   其次,研究了冷却曲线特征值与319铝合金铸件气孔率及变质剂Sr%含量之间的关系。结果表明:在319铝合金中,变质元素Sr%与TE(?)有很大的相关性。因此在合金中的浇注过程中,可以根据Al-Si共晶生长最低温度TE(?)预测合金的变质程度。TE(?)越高表明合金中的Sr%含量越多。在319铝合金铸件的生产中,为达到最佳的变质效果,Sr的加入量应在0.013%~0.019%之间。而对应的TE(?)应在545℃~547.1℃。   最后,研究了冷却曲线的特征值与试样气孔率之间的关系,通过对冷却曲线及其微分曲线上的十余个特征点进行分析测试,发现富Cu相共晶生长最低温度TE(?)与铸件气孔率P之间有显著的线性相关关系。因此TE(?)可以作为判定铝合金试样中气孔率P的依据。同时采用新型双电偶样杯采集试样的冷却曲线,其结果与传统的单电偶样杯相比,更能精确地反应浇注合金中含气量的变化,可以根据中心处的温度与靠近砂杯壁处的温度差曲线预测试样的含气量。试样的含气量高,其导热性差,温度梯度大,因此中心电偶与侧电偶的差值较大。
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