（材料加工工程專業(yè)論文）大長度多孔鋁合金孔隙率梯度控制及更高比強(qiáng)度研究.pdf

東南大學(xué)碩十學(xué)位論文 摘要 近年來，離技術(shù)需求使大長度、離比強(qiáng)多孔鋁臺盒成為黼技術(shù)前沿?zé)狳c材料之一。 盎提高滲流驅(qū)動鹺力控翻耩凄的整疆土，本文采用歪交試驗方法，對多毪鋁臺金l 耩l i 割備過程中鮑 諸多影響因素進(jìn)行了研究，從傳熱學(xué)和流體力學(xué)的角度分析了其對火長度滲流的影響機(jī)理，理論分析與試 驗結(jié)果魄會：耱予強(qiáng)熱溫度影鐫最顯蔫，粒子壹經(jīng)次之，錨會金楚體澆注溢度及滲濺壓力靛影響不顯著。 受諸多因豢的影響負(fù)聰滲流法制各的多孔鋁臺金沿長度方向存在一定的孔隙率梯度：中上部最高， 頂端次之，底端最低。孔隙率沿長度方向的梯度主要是由滲濺驅(qū)動媛力攆發(fā)與凝固順序所造成，磁粒子的 自然堆積密度影響相對較小，但通過振動控制方法，調(diào)整粒子堆積密度，可以有效改善大長度多孔鋁合疊 的孔隙率梯度，梯度絕對值平均由6 ，5 降至2 2 。 引入圖像識剮與處理技術(shù)，描述了多孔韜臺金豹面孔隙率；由張隙率沿長度方向的交詫規(guī)律及鍘得的 呵孔隙率，對整體孔隙率的均勻度進(jìn)行了估計。 采用自行研制的滾球設(shè)備，獲锝球形填料粒子，制備了跳強(qiáng)瘦疆離的球形孔多孔鋁臺金i i ：研究了藐 結(jié)構(gòu)及基體性能對多孔鍋臺金壓縮力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，調(diào)整孔結(jié)構(gòu)與改善基體性能可以提黼多孔鋁 臺金的比強(qiáng)度。 上述結(jié)果尚未見報道。 關(guān)鍵誨：清流驅(qū)動壓力精確控制，球形填料粒子，大長度滲流。商比強(qiáng)多孔鋁合壘i i 面孔隙率描述，張 驤搴梯度 文中字?jǐn)?shù)3 7 4 3 4 個，圖4 9 幅，表1 3 張，試驗次數(shù)2 5 0 次，為應(yīng)用研究單c 藏提供3 5 件樣品 文本為國家自然科學(xué)蕊金n o 5 0 2 3 1 0 1 0 ，n o 9 0 2 0 5 0 0 5 ，n o 5 0 0 8 1 0 0 2 及十溉高技術(shù)項目n o 1 2 0 3 0 1 0 9 聯(lián)臺 資助 未經(jīng)許可，請勿復(fù)制 末南大學(xué)聯(lián)士學(xué)使論文 a b s t r a c t p o r o u sa l u m i n u ma l l o y sw i t hl a r g el e n g t ha n d h i g hs p e c i f i cs t r e n g t h 黜r e c e n t l yb e c o m i n go n eo f t h ef o c a l p o i n t st om e e t t h er e q u i r e m e n t so f h i g h t e c h n o l o g y o nt h eb a s i so f i m p r o v e m e n ti ni n f i l t r a t i o np r e s s u r e a c c o r a c xt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so ni n f i l t r a t i o nl e n g t ho f p o r o u sa l u m i n u ma l l o y ia n d1 1w e r es t u d i e d b yo r t h o g o n a le x p e r i m e n ta n dt h em e c h a n i s mo fw h i c hw a s i n v e s t i g a t e db yc o m b i n a t i o no fh e a tt r a n s f e ra n dh y d r o d y n a m i c s ，t h e o r e t i ca n a l y s i st a l l i e dw i t he x p e r i m e n t a l r e s u l t s ：t h ee f f e c to f p r e h e a t e d t e m p e r a t u r eo f g r a n u l e so c c u p i e dt h ef i r s tp l a c e ；t h es i z eo f g r a n u l e sc a m es e c o n d ， w h i l et h ep o u r i n g t e m p e r a t u r eo f a l u m i n u ma l l o ya n dt h ei n f i l t r a t i o np r e s s u r ew e r en o ts i g n i f i c a n t 。 u n d e rt h ei n f l u e n c eo fm a n yf a c t o r s ，p o r o u sa l u m i n i u ma l l o yf a b r i c a t e db yn e g a t i v ep r e s s u r ei n f i l t r a t i o n p r o c e s sh a dc e r t a i np o r o s i t yg r a d i e n ta l o n gl e n g t h ：t h ep o r o s i t yo f m i d d l e - s u p e r i o rp a r tw a sm a x i m a l ；t h et o pt o o k s e c o n dp l a c e ，w h i l et h eb o r o mc a r r i e dl o w e s t p o r o s i t yg r a d i e n tw a sm o s t l ya f f e c t e dn o tb ys p o n t a n e o u ss t a c k i n gd e n s i t yo fg r a n u l e s ，b u tb yi n f i l t r a t i o n p r e s s u r eg r a d i e n ta n ds o l i d i f i c a t i o ns e q u e n c e t h ep o r o s i t yg r a d i e n tc o u l db ei m p r o v e de f f e c t i v e l yb yc h a n g i n g s t a c k i n gd e n s i t yo fg r a n u l e st h r o u g hv i b r a t i o nm e t h o d ，a n dt h ea b s o l u t ev a l u eo fp o r o s i t yg r a d i e n tr e d u c e dt o 2 。2 f r o m6 ，5 b yt h eu s eo fi m a g ep r o c e s s i n gt e c h n i q u e ，t h ep o r o s i t yo fc r o s ss e c t i o nw a sd e s c r i b e d a c c o r d i n gt ot h e p a 髓e r oo f p o r o s i t yf l u c t u a t i o na n d t h ep o r o s i t yo f c r o s ss e c t i o n ，u n i f o r m i t yo f t h ew h o l e p o r o s i t yw a s e s t i m a t e d p o r o u sa l u m i n u ma l l o y1 1w i t hs p h e r i c a lp o r ea n dt h e h i g h e rs p e c i f i cs t r e n g t hw a sf a b r i c a t e dw i t ht h e s p h e r i c a lg r a n u l e f i l l e r sp r e p a r e d b yo u r s e i v a s 。t h ei n f l u e n c e so fp o r es t r u c t u r ea n da l l o yp e r f o r m a n c eo n c o m p r e s s i v ep r o p e r t yo fp o r o u sa l u m i n u ma l l o yw e r es t u d i e d a n dt h er e s u bs h o w e dt h a tt h es p e c i f i cs t r e n g t ho f p o r o u sa l u m i n u ma l l o yc o u l db ei n c r e a s e db ya d j u s t i n gp o r e - s t r u c t u r ea n di m p r o v i n ga l l o yp e r f o r m a n c e 。 a l lo f t h e s er e s u l t sh a v en o tb e e nr e p o r t e d k e y w o r d s ：i m p r o v e m e n t i ni n f i l t r a t i o np r e s s u r e a c c u r a e y s p h e r i c a lg r a n u l ef i l l e r s ，l a r g el e n g t hi n f i l t r a t i o n p r o c e s s ，h i g hs p e c i f i cs t r e n g t hp o r o u sa l u m i n u ma l l o yi ld e s c r i p t i o no fp o r o s i t yo ns e c t i o n ， p o r o s i t yg r a d i e n t l l 東南大學(xué)碩士學(xué)位論史 學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明 本人盧明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除 了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人融經(jīng)發(fā)裁或撰罵過的磷究成果，也不包含為獲 得東南大學(xué)或冀它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或誕書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn) 均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 簽名監(jiān)日期：地縋：f 關(guān)予學(xué)位論文經(jīng)焉授權(quán)的說明 東南大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔， 可班采稍影印、縮印鬣其德箋弗手駁保存論文。本a 電子文檔的內(nèi)囂鞠紙旗論文酶淘容福一致。豫在霖密 期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布( 包括刊登) 論文的全部或部分內(nèi)密。論文的公布 ( 龜撂列登) 授援東辮太學(xué)磷究生院夯瑾。 簽名監(jiān)翩簽名罩肇畢囅翅速上 術(shù)南大學(xué)蜞士學(xué)位論文 1 。哩引言 第一章緒論 以高孔隙率為結(jié)構(gòu)特征的超輕型金屬結(jié)構(gòu)( u l t r a l i g h tm e t a ls t r u c t u r e s ) ，具有特殊的物理和機(jī)械性能組 合，例如輕壤( p 粒子尺寸( c ) 鋁 合金熔體澆注溫度( d ) 滲流壓力( b ) 。 第1 4 頁 東穗大學(xué)硬”b 學(xué)位論義 襲【2 5 】正交試驗方案和結(jié)果 被子預(yù)熱溫度澆注蕊力粒子足寸鋁合金熔體滲流妖度 試驗?zāi)?( )( k p a ) ( r a m )澆注溫度( ) ( c n l ) l1 ( 4 8 0 )l ( 1 3 2 ) 1 ( 0 8 ) 1 ( 6 8 0 )0 ，7 2 1 2 ( 1 8 4 ) 2 ( 1 5 1 2 ( 7 0 0 )1 0 313 ( 2 3 。7 ) 3 ( 2 t 3 、3 ( 7 2 0 ) 2 ，8 4l4 ( 2 8 9 ) 4 ( 3 o ) 4 ( 7 4 0 )5 1 s2 ( 5 3 0 )22 ，2 6142 0 743 9 8434 8 93 ( 5 8 0 )l3 4 7 5 1 049 7 1 1l4 9 1 242l5 7 1 34 ( 6 3 0 )l42 3 4 1 443l2 1 。6 1 54242 3 8 1 6 矗 4l 2 2 。5 i ，42 4 08 4 57 ，5 37 9 8 i i 43 2 38 。5 88 1 88 。5 3 i ，46 9 58 8 59 1 89 3 0 l = 1 4 1 。6 42 2 8 39 5 31 0 5 39 6 0 r2 0 4 3i 0 83 ，0 01 6 2 4 8 0 $ o o5 2 05 4 05 6 05 8 06 0 0 目2 004o 66 0 10 p t e l h e 8 t t n t e mp e r a t ur eo f 口r 8 n “l(fā) e 3t c 121416 182 0222 4 l n f i t t r a ；onpr es s u f e 2 62 8 3 0 k p a ( a ) 粒子預(yù)熱濺度斡影響( b ) 滲漉鹺力的影響 第i 5 頁 s j 8 q o 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 6b 06 9 07 0 07 1072 073 07 4 0 p 0 t jr i ngl e mper e t ur eo fa it c ( c ) 粒子尺寸的影響( d ) 鋁臺金熔體澆注溫度的影響 圖【2 - 6 】因素水平與滲流長度關(guān)系圖 2 3 2 2 理論分析 對于寬結(jié)晶溫度范圍的鋁合金i 的滲流模型與溫度分布如圖【2 7 】所示。溫度為a l 的鋁合金熔體受 負(fù)壓作用，以一定的速度u 從a 處滲入預(yù)熱溫度為t p 的填料粒子間隙中，鋁合金熔體與粒子進(jìn)行熱交換而 降溫，開始在b 處析出固相，當(dāng)鋁合金熔體前端的固相量達(dá)到一定程度f k 時，在c 處停l t 流動。在這種 情況下，可以利用牛頓定律建立熱平衡方程式，并假設(shè)鋁合金熔體在粒子間隙中以等速、平面流動。 產(chǎn)舡 屯 屯 abc 三笙i - o - o - 0 - o oo iooo o _ o i oo o o 淋ooo i 厶7 r 0 l 岔櫨柏k l 飛、i i 一一一_ 上一一一 l = ，一 l _ i 圖【2 - 7 】鋁和金熔體滲流模型與溫度分布 取滲流前端鋁合金熔體和粒子的兩相體積元v 作為研究對象。在忽略鋁合金熔體與粒子之間由于不潤 濕造成的附加體積后( 文獻(xiàn)有報道附加體積最大不超過整體體積的5 【l6 1 ，故在分析時可以忽略) ，體積 元v 等于鋁臺金熔體體積v l 和粒子體積v p 之和，即v = v 札+ v p 。在滲流過程中，填料粒子之間的間隙 可以看作一個個毛細(xì)管道，毛細(xì)管道的體積即為鋁合金熔體的體積v a l ，毛細(xì)管道的表面積為鋁合金熔體 與填料粒子的接觸面積s 。在多孔介質(zhì)動力學(xué)中【4 2 】，通常將、k s 看作滲流毛細(xì)管道的直徑d 。： 以：華：v - ，v ：p ：豎掣l 一- n ) d ( 2 - 1 ) 第1 6 頁 拍 即 ” 。 。 5 j 8 c _ l s 石 東南大學(xué)碩上學(xué)位論文 其中，n 為粒子堆積密度，d 為填料粒子直徑。 滲流時間t 共可以分為兩個階段q 和q ：在t 時間內(nèi)，鍋臺金熔體從初始溫度t a l 冷卻到液相線溫度 t l ，即從a 到b 段，此階段尚未有固體析出，因而a 到b 段包含鋁合金熔體和填料粒子 在q 時間內(nèi)， 液流前端的圊相率達(dá)到臨界值f k ，流動停止，即b 到c 段，此階段中鋁合金熔體進(jìn)一步降溫析出i 卦漆s 。 兩個階段的滲流時間又分別可以由熱平衡方程式求得。 a 到b 段，在出時間內(nèi)通過接觸面積s 傳遞給填料粒子的熱量等于該時間內(nèi)金屬溫度f 降d t 放出的 熱量，熱平衡方程式為： 口( f f p 妞r = 一l p c d t ( 2 2 ) 式中，t 為溫度，t 為時間，s 為粒子與鋁合金熔體的接觸表面積，v 為鋁合金熔體與粒子總的體積 v l 、p a l 、c a l 分別為鋁合金熔體的體積、密度和比熱容，a 為鋁合金熔體和粒子的換熱系數(shù)。 在t 一時間內(nèi)對上式積分得： ，：生嘗血1 n 絲玉( 2 - 3 ) 1 s 口t ，一t 。 b 到c 段，鋁臺金熔體繼續(xù)向前流動并開始析出固相。此時熱平衡方程式為 d o t p b 仃r = 一圪p 蓋c a d t 式中，p a l 為合金在t l n t k 溫度范圍內(nèi)的密度，近似地取p + l _ p “ c l 為合金在t l 到t k 溫度范圍內(nèi)的當(dāng)量比熱容，近似地取 f k 為停止流動時鋁合金熔體的固相率( ) 。h 為鋁合金的結(jié)晶潛熱。 在t 2 時間內(nèi)對上式積分得： 將對數(shù)項展開取第一項 l n 生生 t 一0 l n 盟：盟 tk f p tk 一| p l n 生二壘：么二絲 t f 一tp tl t p 并近似地以( t l - t p ) 代替( t k - t p ) ，則 鏟訾 礦警監(jiān)鏟 o n 口i r ，一f 。i 鋁合金熔體總的流動時間t ：t l h 2 ，即 第1 7 頁 ( 2 4 ) ( 2 5 ) ( 2 6 ) ( 2 7 ) ( 2 - 8 ) 等 + l f 警 | j 乙 科 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 弘地南dc,h+cal6nct t 也c ) 】 ( ，l p ) 假設(shè)箍個過程中滲流速度不變，為u 則鋁合金熔體的滲流長度l 為 業(yè)6 n 迪a 南t 阮脅一k l f ，一。l “ ( 2 9 ) ( 2 。1 ( 1 1 ) 2 3 2 3 試驗結(jié)果討論 1 填料粒子預(yù)熱溫度對滲流長度的影響 由寬結(jié)晶溫度范嗣合金停止流動的機(jī)理可知在過熱熱量未散失盡以前，金屬液以純液態(tài)流動。溫度 下降到液相線以r ，液流中析出固體，并不斷增加。液流前端不斷與冷填料粒子接觸，冷卻最快，固相量 最多，使金屬液的粘度增加，流速減慢。固相量達(dá)到某一臨界值時，結(jié)成一個連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)滲流的驅(qū)動 壓力不能克服此網(wǎng)絡(luò)的阻力時，即發(fā)生堵塞而停止流動。 根據(jù)正交試驗的直觀分析可以看出粒子的預(yù)熱溫度是影響滲流長度最為顯著的因素。在粒子預(yù)熱溫 度相對較低時，滲流長度很小，隨粒子預(yù)熱溫度的增加，滲流長度顯著增加。滲流長度對粒子預(yù)熱溫度敏 感是因為粒子的預(yù)熱溫度很低時，鋁臺金熔體與粒子的溫差大，熱交換劇烈，包覆粒子的鋁合金熔體很快 降溫形成凝固殼，并不斷加厚，阻塞了液流的通道，滲流終止。 圖1 2 8 】不同粒子的t r l 曲線 由式( 2 - 7 ) 和( 2 - 8 ) 可以看出，提高填料粒子的預(yù)熱溫度t p ，通過減小凝固溫差( 自t p ) 同時增加了t 。 和t 2 ，使得滲流長度顯著增加。因為t p 的升高可顯著減少鋁合金熔體在滲流過程中與填料粒子熱交換而造 成的熱量損失，推遲滲流前端固相量的析出，使?jié)B流堵塞時間延緩，從而最有利于增加滲流氏度。 圖【2 - 8 】是t a l = 7 2 0 * c ，p = 2 3 7 k p a ，填料粒子直徑d 分別為o 8 m m 至3 0 m m 時，粒子預(yù)熱溫度與滲 流長度經(jīng)擬合后的關(guān)系曲線。由圖可以看出，對于不同尺寸的粒子滲流長度都隨預(yù)熱溫度的增加而增加； 當(dāng)預(yù)熱低于鋁臺金熔體固相線時，增加幅度較小，預(yù)熱溫度越接近液相線，滲流長度增加越顯著。 因而，要獲得大長度滲流，粒子的預(yù)熱溫度應(yīng)選在鋁合金熔體固液兩相區(qū)中接近液相線的溫度。根據(jù) 多孔鋁臺金用作兵器消聲器件的預(yù)研試驗可知，填料粒子直徑通常在2 0 3 0 m m 之間，試樣的長度通常 在2 0 c m 以上，因而粒子預(yù)熱溫度取6 3 0 6 4 0 c 左右，才能滿足要求，與文獻(xiàn) 4 3 1 所報道的2 0 0 3 0 0 c 相比， 提高很多。 第1 8 頁 東南大學(xué)硪士學(xué)位論史 2 滲流蓬為對滲滾長發(fā)豹影響 外加滲流壓力主要通過影響鋁臺金熔體停i 流動時的固相率f - 而影響滲流長度。當(dāng)滲流壓力增大，鍋 臺金港髂籜止漉裁對靜霾穗攀鑫增蕊，滲濺遙道巒予鋁臺金熔體凝朝纛受疆靜靖瀾延長，掰戳滲流躍度灞 加，如圖【2 6 1 ( b ) 所示。但是，本文選用的基體是寬結(jié)晶溫度范圍的鋁合金l ，對于結(jié)晶溫度范圍寬的 臺金，教失部分游熱瑟蠖可戇停l l 漉旗，大部分縭蒜潢燕戇作用不戇發(fā)揮，毽焉，啕翊攀鑫越囂耋嗨減小， 使得滲流壓力對滲流長度的影響很小。 由于鋁臺金熔體和氯化鈉粒子不潤濕，鏹臺金熔體的表疆張力將阻止螺臺金熔體滲入粒子蛉閾隙中， 此時必須施加一定的隔力以克服鋁含金熔體的表面張力，促使鋁合金熔體的滲入。施加的外部壓力的最小 值p 。( 滲流壓力閩值) 即為鋁合金熔體表面張力在粒子的間隙中所形j 蕊的附加壓力，根據(jù)l 8 p l a c e 方程可確 定p c ： 尹：6 a n c r c o s 0 ( 2 - 1 1 ) 。 ( 1 一n ) d 式 5 0 0 h z ) 時更是如此。因而，控制多孔鍋臺金的通孔直 徑霹控鎂其對氣律的浚隧，觚褥影嚷其疆聲穩(wěn)轆。 文獻(xiàn)口”報道了通孔度對多孔鋁散熱性能的影響，認(rèn)為隨通孔度的提高，多孔鋁強(qiáng)迫對流的散熱性能明 顯提裹。 3 。1 3 孔隙率p 及其對性能的影嚷 通常將多孔鋁合金中孔隙的總體積v p 與寢觀體積v 之比稱為多孔鋁臺眾的孔隙率，記作p ： p = 玩v l o o ( 3 2 ) 對于多孔鋁合金，由于制器工藝參數(shù)的變化，造成琵黢搴雛變傀，文獻(xiàn)p 1 分撈了多魏鍋臺金k 熬率瓣 影響闔索，認(rèn)為多孔鍋臺金孔隙率主凝由三部分構(gòu)成； 1 。p * m ，在滲流壓力的驅(qū)動下，鋁合金熔體滲入壤料粒子i l 隙同，凝固縷束后，除去填糕粒子影成多孤 鍋臺金。鼗然，填料粒予堆積密度引起的孔隙率是多孔鋁臺金孔隙率的主要部分，稱之為p 目。 2 pm * ，鍋臺金熔體在壓力驅(qū)動下滲入填料之間，潛每個填料粒子外圍全部被鋁合金包裹，凝嘲后填料 粒子無法去除，不雛形藏多i l 結(jié)構(gòu)；只有當(dāng)粒子不被锫臺金落體完全龜裹，矛有可能去除，形成多孔 鋁臺金。在滲流過程中，由于鋁金熔體對填料粒子不潤濕，在合適的驅(qū)動壓力下，使得填料粒子不 被完全毽襄殘為胃耗，囂褥盎藏形殘了辮魍毪熬搴，稱之失pm * 。 3 p * 目，一定質(zhì)量的鋁合金熔體在凝固過程中，隨溫度的下降，密度不斷提高，金屬骨漿收縮也產(chǎn)生了 一定的孔黢，穩(wěn)之為凝固收縮s l 起的孔隙率px 。 總的孔隙率為三者之和：p = - p 稅+ pm p _ 目。 囡褥，通過研究含適的工芑參數(shù)，可以在一定藏曩之內(nèi)調(diào)節(jié)多i l 鋁臺金試樣麴魏黢率。 第2 2 頁 末南大學(xué)碩士學(xué)位論文 孔隙率是= 裁征多孔金屬的熬要參數(shù)之一，無論對多孔金屬的力學(xué)，睦能還是熱學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)性能都有 穰大的影響?？钻惵逝c相對密艘直接稻關(guān)，p = i - p 巾。，其中p 為孔隙率，p 與p 。分別為多孔金屬與基體的 密度。g i b s o n 和a s h b y 4 l 得出的楊氏模量e 、剪切模量g ，有效的導(dǎo)熱系數(shù)x 及電臌率r 都與相對密度有 懿接靜美系； 踟矚 。，弧扣 。， 丑* 旦lr “r ， 旦i l n ( 3 5 ) l a ( 3 6 ) 其中，e 。、g 。、k 與分剮是蕊體金麟的各種相關(guān)參數(shù)，其它為常系數(shù)?？琢事视绊懚嗫捉饘俚倪@蝮參數(shù)， 因而直接影響其性能。 霹本文涪聲贏瑁對象藹言，孔洞的連通欹態(tài)、孔徑、遙張度都撾滿足一定熬要求，而避孔直徑和通孔 度x 直接與孔隙率相關(guān)1 ”1 。因而，在孔徑d 一定的條件下，有必要深入研究多孔鋁含金沿趺度方向孔隙率 戇交純，薺對箕進(jìn)霉j 二攙述窩控裁。 3 。2 多覆鍋臺金浚長度方翔孔黻率的變化 文獻(xiàn)6 m 1 深入研究了通孔真徑、通孔度以及孔隙率形成機(jī)理及影響因素，但對于孔隙率沿長度方向的 變訖援捧及控刳滏泰凳攝遵。本文在玟往試驗豹墓磷主，縫會實際熬濡求，就多i l 銹合金港長凄方離乳豫 率變化的原因、影響因索以及控制方法進(jìn)行了深入研究。 3 2 1 孔隙率沿長度方向的變化規(guī)律 本文遘 亍了丈量試驗，試驗過程絳持相_ ；匿瓣磅究條件；( ) 粒子鑫然壤獲：( 2 ) 鋸臺金薅俸躬過熬疫 相同；( 3 ) 對于a l - s i 系與鋁臺金l 、鍋臺金i i 合金，粒子預(yù)熱溫度分別為6 0 0 ( 3 和6 4 0 ( 3 ；滲流壓力分別 分予1 4 1 6 k p a 靼1 6 1 8 k p a 之聞。 將制備好的多孔鋁試樣沿長度方向從上至下切割成0 5 0 x 2 0 m m 的試塊，分別標(biāo)號為l 、2 、3 、9 ， 如圖【3 2 】，采用稱重法分別預(yù)量其i l 隙率。襲【3 一l 】為填料粒子自然堆積、正常制備條傳下不固基體臺 鑫及孔徑的多孔鋁臺金試樣沿長度方向的孔隙率數(shù)據(jù)，根據(jù)表【3 1 】中的數(shù)據(jù)，作出孔隙率沿滲流長度方 向的變化，并進(jìn)行曲線擬臺，如圖【3 - 3 】，其中縱坐標(biāo)為孔隙率，橫坐標(biāo)為試塊中點距離原點的距離。 2 0 r a m 閏【3 - 2 】多孔鋁臺金試塊切害顙綹 第2 3 頁 拳南大學(xué)碩士學(xué)位論文 表【3 ，1l 自然堆積、正常制備條件f 多孔鋁臺盎試樣泄長度方向的孔隙率p ( ) 試樣 最大兩端 戲分粒疊垮號 l23456789 鑣差惋差 d ( m m ) p p 8 2 o 3 o6 3 86 4 ，46 5 。36 3 86 0 85 9 o6 34 。8 z l i o l 1 2 5 1 66 4 56 5 56 3 26 4 76 2 25 9 26 35 _ 3 2 。3 。06 5 36 5 。96 3 。26 5 76 0 ，s5 7 58 。毒7 ，8 z l l l l 1 ，2 5 1 66 4 16 5 06 2 06 4 36 2 o5 8 - 8 6 25 3 鍋臺 2 o 3 06 4 96 3 86 5 76 4 06 5 16 2 56 3 36 0 86 0 15 64 8 金i l ，2 5 1 66 3 。76 4 。36 3 16 6 76 3 96 5 66 2 46 1 。46 0 1 36 。4 3 。4 錦合 2 o 3 06 2 36 4 36 1 46 3 96 2 56 0 46 1 55 9 _ 35 7 96 4 4 4 金i i l 。2 5 l ，66 4 。66 4 + 26 5 96 4 。36 3 96 1 8 6 3 ，46 0 26 0 。55 罩4 1 平均 6 4 14 9 9 媛夫編麓鑫。是擺試梯中孔藩率最大與最小壤之差 兩端偏麓p s 是指試樣兩端孔隙率之藏 圖【3 3 】自然堆積、正常囂4 冬條傳下多我鋁合金試攆沿長度方p i l l 驤搴變他的搬合藍(lán)線 第2 4 頁 東南大學(xué)暖士學(xué)位論文 從襲【3 1 】中可以囂出，在自然堆積、正常澆注的條件下，整個試樣中孔隙率存在較大的梯度，最大 偏差p 。平均為64 1 ，兩端偏差a p s 平均為4 9 9 。同時，沿長度方向孔隙率的變他存在一定的規(guī)律： 中上部孔隙率最高，頂端次之，底端最低，如圖【3 3 】。 表【3 2 】舞壤料被子在疊然堆積、分蔽澆注條 牛下不嗣綦體臺壘及孔徑匏多i l 鋁臺金試輯浴長度方向 的孔隙搴數(shù)據(jù)，根據(jù)表【3 2 】中的數(shù)據(jù)，作t i l e d 隙犁沿長度方向的變化，并進(jìn)行曲線擬臺，如圖【3 4 】。 表【3 2 】爨然堆獲、分次澆注象鋅下多魏鍋臺金試樣沿長疫方目的琵黧率p ( ) 試樣最大兩端 戒分 粒鑫掌號 l23 4 5678惋蕉偏蓑 d r m m ) p p s z l l o l2 o 3 o7 0 66 9 66 8 。l6 6 。96 4 46 2 28 + 48 。4 z l l l l2 0 3 06 8 26 7 26 4 96 1 - 75 9 76 l ，08 57 2 錙合金i 2 o 3 ，07 0 ，e6 8 。56 5 86 3 ，76 2 6 5 9 。75 7 。71 2 ，31 2 3 鋁合金i l2 0 3 06 7 66 7 2 6 5 76 4 16 1 76 2 ，46 1 ，o5 9 77 ，97 9 平均 9 2 88 9 5 分次澆注照指滲流過程中鋁合金熔體一次澆注不足情況下，第二次澆入鋁合金熔體 最失偏差矗p 。是指試樣中孔豫率最大與最小值之差 兩端偏差a p s 是指試樣兩端孔隙率之差 鶩【3 】自然難積、分次澆注條臀下多孔韜合金試樣潛長發(fā)方向魏豫率變純煞攢會裁線 從襲1 3 2 】中可以看出，在自然堆積、分次澆注條件下，試樣中孔隙率梯度更大，展大偏差a p 一平 均為9 ，2 8 ，魏臻鑲茇a p s 乎均必8 + 9 5 。瓣瓣，沿長疫方囪i l 黢率交扼奪在一定囊冬特點：澮長發(fā)方蠢我 隙率逐漸降低頂端最高底端最低，如圖【3 - 4 】。 由上囂熬分輯可知，在壤辯粒子爨然堆積情況下，割備獲褥的多孔鍋臺是試攆巾存在較大魏魏躲率梯 度，同時，沿長度方向存在一定的變化規(guī)律：在正常制備條件下中上部孔隙率最高，頂端次之，底端最 低；在分次澆漣時，飄隙率沿長度方向逐漸降低，疆端最高，底端竣低。此外，澆注不當(dāng)( 結(jié)次澆注) 會 使得試樣中孔隙率梯度變高，應(yīng)盡量避免。 3 2 2 孔踩率梯度麓形成橇理 造成大長發(fā)多孔鍋臺金試樣孔隙率沿長發(fā)方向變化的原因是多方露螅，搬據(jù)孔隙率的柬源 6 t ，可以認(rèn) 為主要商以下曼方面的原因：填輯粒予堆積密度影響孑乙隙率中的pm 镕；凝同時試樣中所受的氣體蕊力梯皮 影響孔隙率中的pm m ：試樣的凝固順序影響孔隙率中的p & 。 第2 5 頁 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 。2 。2 。1 壓爽梯鷹豹影晌 圖【3 5 】滲滾時鋁合衾熔諄掰受壓