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本文独立设计组装螺旋线槽(Helical Curve Duct,简称HCD)浆料制备装置,并设计与之相关的工艺流程。以此作为实验基础,讨论了HCD装置结构参数和HCD工艺参数对制备浆料组织的影响,并通过多重分形计算定量表征其初生相的分布均匀性特征;利用HCD制备浆料试样进行基于连续切片技术基础的微观组织三维重建,对3组代表性的试样重建的浆料组织进行基础信息的、分形维和各向异性的测量;重切三维重建的浆料组织,获得9组重切切片系列,与3组原始切片一起共12组切片系列进行测量并完成对其的统计计算分析;利用HCD制备的浆料试样进行切口断面特征分析,三维重建4组典型切口断面并进行多重分形计算表征三维切口断面的非均匀性特征,通过图像处理获得切口断面裂纹扩展特征并进行多重分析定量表征,通过切口断面等高线特征从另一角度来分析微观组织对浆料切口断面特征影响。主要研究内容和获得的结果:通过HCD实验装置实现了A356、7075和6063铝合金,AZ91镁合金和铜钙合金的半固态浆料制备。以A356和7075合金为基础研究HCD的装置结构参数与工艺参数对制备浆料的影响规律。螺旋角度、合金浇注温度和流动时间都会对浆料组织施加影响,三组参数都在一定的区间范围内起作用。A356,7075和6063铝合金、AZ91镁合金,螺旋角度有效范围在270°-720°。合金在槽内的流动时间在4-11s之间,确保合金流经槽内时能顺利全部流出。在有效的流动时间范围内,合理综合螺旋角度和浇注温度就能制备良好的合金浆料。A356、7075和6063铝合金的浇注温度范围分别为630-640oC、640-665oC和655-665oC,7075和6063合金制备浆料后静置时间不超过90s,不然固相分数会在很短的时间内产生急剧变化而难控制。对A356合金初生相进行多重分形计算,考察螺旋角度为270°、360°、540°和720°对浆料组织的影响,其谱宽度Δα为0.9498、1.7277、0.8098和0.8196。540°的最小,组织分布最均匀;考察浇注温度为630oC、635 oC、640 oC和650 oC对浆料组织的影响,其Δα为1.6280、0.8596、1.2566和2.0878。635oC的最小,组织分布最均匀;考察流动时间的影响,其Δα相差非常小,合金熔体在螺旋线槽内流动的时间对微观组织均匀性的影响远远小于浇注温度和螺旋角度对其的影响。对7075和6063合金初生相进行多重分形计算,与A356合金一样,螺旋角度和浇注温度都对浆料组织有程度不等的影响,这可以在Δα上反映出来。所有测量合金初生相多重分形谱全都是呈左钩状,大概率子集占主要地位。但在考察螺旋角度和浇注温度对浆料组织的影响时,A356合金在当量直径最小的那组Δα也最小,组织分布相对最均匀;而在7075和6063合金的测量中,刚好相反,当量直径最大的那组Δα反而最小,组织分布相对最均匀。基于工艺实验,在Anycasting中模拟合金熔体在螺旋线槽内的流动、温度、速度以及粘度变化特征,揭示在无外作用力条件下,通过其自身结构特征而形成对合金熔体的冷却作用和自搅拌混合过程的螺旋线槽浆料制备机制。通过手工抛切获得3组典型浆料组织240层切片,完成所有金相特征提取,分别在Image J、MIMICS和3Ddoctor中完成浆料微观组织和局部共晶部分三维重建。基于3组浆料微观组织的重建,完成其基础信息测量、初生相分形维和各向异性程度的测量。测量得到3组分形维分别为2.4657、2.5340、2.5850;测量其各向异性程度分别为0.295、0.1671、0.711。其分形维和各向异性程度的测量结果表明螺旋线槽浆料制备工艺对合金熔体的处理可以充分抑制初生相的各向异性生长,同时也使得浆料初生相趋于更简单形貌的生长。测量了9组重切切片和3组原始切片的当量直径、Feret直径和形状因子并完成统计分析:重切的轴向面的切片测量计算结果总体与原始切片图层统计结果最为接近;第3组试样各向异性程度最大,当量直径、Feret直径和形状因子,它们的与原始切片之间最大测量偏差分别高达32.81%、42.00%和9.67%。测量反过来印证了前一章各向异性程度的测量结果;在微观组织各向异性程度不是很大时,Feret直径的测量最为可靠,接下来是形状因子,当量直径次之。HCD制备的浆料切口断面和重熔的坯料切口断面宏微观特征接近,而未处理的浆料切口断面区别非常明显:通过4组典型三维切口断面多重分形计算,未处理595oC、浆料590oC、浆料595oC和坯料585oC这4组断面的Δα分别1.0310、0.7014、0.5799和0.4441,未处理595oC的Δα最大,高低起伏不等,坯料585oC的Δα最小,高低起伏均匀。对切口断面上裂纹扩展路线进行多重分形计算,结果显示4组切口裂纹扩展的谱宽度Δα分别1.3702、1.2325、0.8938、0.9619,裂纹扩展分布最为均匀的是浆料595 oC切口断面,然后是坯料585 oC,接着是浆料590 oC切口断面,最后是未处理595 oC切口断面。4组典型切口断面等高线图也可以佐证这一计算结果。