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本课题通过硬度测试、拉伸性能测试及扫描电镜的观察分析,研究了添加元素银、钴、锗对铸态铍铝合金显微组织及力学性能的影响,并借助有限元方法对添加4%镍元素的铸态铍铝合金飞轮盘工件淬火热处理冷却过程中的温度分布和应力场分布进行数值模拟和计算。
主要结论如下:
1.铸造方法得到的铍铝合金的显微组织是由相互分离的铍相和铝相混合构成。银钴锗元素的添加不会影响到显微组织的变化。
2.银钴锗均通过在铝基体中形成一种沉淀强化相而强化合金。添加了银钴锗元素的合金的抗拉强度和屈服强度都比只添加了4%的镍元素具有较为明显的提高,但延伸率有所下降。借助第一性原理,从微观层面上较好的解释了添加元素对于铸态铍铝合金的强化机制。
3.通过ANSYS软件对铸造铍铝合金飞轮盘在沸水介质中进行淬火过程的模拟,得到在不同对流系数条件下,工件温度场分布情况相似。工件表面在初始时刻温度下降趋势最为明显,中期较为平缓,后期基本保持不变,心部温度较之表面变化趋势较为缓和。在两种对流系数下,内侧附近连杆部位均有较大的温度变化,外侧心部始终保持较高温度。
4.在应力场的研究中,初始时刻工件内侧应力相对集中,连杆与外侧没有明显的变化。随着淬火的继续进行,外侧与连杆应力值逐渐增大,而内侧应力相对恒定。等效应力的最大值始终出现在工件内侧与连杆相接的下边缘尖锐部位,容易导致变形和开裂,从而为改进淬火工件设计提供了科学依据。