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windy冰

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[求助] 半固态铝合金的热力学准则与成分优化已有1人参与

这是个学校选的实验因为里面什么都没学过除了相图（不是自己的专业）老师讲的也就一两个小时实在搞不懂，再因为最近没时间所麻烦一下专业人士了

一、实验目的
1、掌握半固态铝合金成分设计的热力学准则
2、掌握利用热力学计算优化设计合金成分的基本思路
二、实验原理
半固态成形是介于液态成形和固态成形之间的一种成形方法。半固态合金是
将合金熔化后，待它冷却到液相线温度以下时，对合金进行搅拌，在搅拌力的作
用下，合金中析出的树枝状晶被破坏，并在周围金属液的摩擦熔融作用下，晶粒
和破碎的枝晶小块形成卵球状的颗粒，分布在整个液态金属中。这种合金即使固
态组分达 20%-60%，仍然像糊状悬液，具有一定的流动性。而在剪切力较小或
为零时，它又具有周体性质，可以搬运储藏。利用半固态合金独特的性质实现浇
注或压注成形的方法，称为半固态成形。
材料的工艺性能指的是成形加工技术在工艺方面对材料的要求。例如铸造合
金在成分设计时必须考虑它的铸造流动性，否则铸造件的废品率会很高。而在半
固态成形时，铸造流动性已经不是影响铸造件质量的主要原因。
如何开发新型半固态成形合金或改造原有牌号的半固态成形合金，目前主要
参考下面几个设计准侧：
凝固温度区间：半固态浆料成形时的温度与该合金固相线温度之间的差值。
为了便于成形控制，要求凝固温度区间 ΔT 处于 20-150 o C 之间。
固相分数对温度的敏感性：合金固相分数与温度间关系曲线在半固态浆料成
形温度处的斜率，即|dfs/dT|在半固态浆料成形温度处的数值。为了便于成形过程
保持稳定、易于成形过程重复和控制，要求|dfs/dT|不大于 0.015。
为了使成形后的材料具有较好的综合力学性能，即材料的强度和塑性达到良
好的匹配，合金的组态组织在基体和其它析出相方面具有极高的要求。
热力学计算在合金材料设计和优化方面具有这十分重要的作用，可以很大程
度上减少实验费用和研制时间。
三、实验内容
实验的计算对象为 Al-Mg-Si 三元合金，本实验采用的合金设计原则如下：
a、凝固温度区间：20≤ΔT≤150 o C；
b、固相分数对温度的敏感性：|dfs/dT|≤0.015
c、该三元合金的第一个共晶反应前合金析出初生 α-Al 的分数应该≥60%，以获
得良好的力学性能；
d、合金析出的 Mg2Si 和 Si 的分数： Mg2Si 的析出分数≤5%、 Si 的析出分数≤5%，
以获得良好的力学性能。
使用热力学计算软件 Pandat 2013 版本，根据 a-d 合金设计准则，通过下列
计算，获得适合于半固态成形的合金成份。
1、 Calculating equilibrium vertical sections from the Al–Mg–Si ternary phase diagram
at fixed Mg contents of (a) 1 wt.%, (b) 2 wt.%, (c) 3 wt.% and (d) 4 wt.%.
2、Calculating aluminum alloy compositions for semi-solid metal processing by using
alloy design criteria: solidification range, fraction solid sensitivity to temperature
and phase formation during solidification.
3、Calculating equilibrium |dfs/dT| and fs–T curve for the Al–6Si–2Mg alloy
4、Calculating solidification path of Al–6Si–2Mg alloy.
四、实验报告要求
1、给出实验内容的全部计算结果，在此基础上，给出满足成分设计准则的合金
成分。
2、报告统一使用南昌大学专用实验报告

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