铝合金半固态浆料保温过程中组织演化研究_曾怡丹
半固态铝合金浆料智能制备技术和装置研究的开题报告
半固态铝合金浆料智能制备技术和装置研究的开题报告一、研究背景和意义半固态铝合金浆料智能制备技术是当前国际上先进的制造技术之一。
半固态铝合金浆料是一种具有一定流动性的铝合金材料，在成形时具有高精度、高质量的优点，能够适用于很多领域，如航空、汽车、电子等，成为现代工业中制造高质量产品的重要材料。
然而，半固态铝合金浆料熔模压铸生产线普及度较低，因为传统的生产方式需要人工调试浆料比例和温度、压力等参数，导致生产效率低下、产品质量难以保证，这也是当前阻碍半固态铝合金浆料生产线普及的主要问题。
半固态铝合金浆料智能制备技术可以提高浆料配比和形成工艺的自动化程度，实现生产自动化和智能化的目标，从而可以降低生产成本，增加生产效率，提高产品质量和可靠性，具有很高的应用价值和社会经济效益。
二、研究方法和技术路线本研究将基于深度学习和控制理论，开发半固态铝合金浆料智能制备技术和装置。
研究内容主要包括以下方面：1. 半固态铝合金浆料特性分析。
通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、热分析仪等对半固态铝合金浆料的组织结构、晶体结构、热性能等进行分析。
2. 半固态铝合金浆料智能制备过程建模。
基于深度学习和控制理论，建立半固态铝合金浆料智能制备过程的数学模型，包括浆料的配比、温度、压力等关键参数模型。
3. 制备智能浆料制备装置。
根据半固态铝合金浆料智能制备过程模型，设计开发智能化的半固态铝合金浆料制备装置，实现自动化浆料调配和成形（热压铸）过程。
4. 实验验证和性能测试。
对开发的智能半固态铝合金浆料制备装置进行实验验证，对浆料的配比、温度、压力等参数进行测试，检验智能制备装置的稳定性和成形质量等性能指标。
三、预期研究结果和意义本研究旨在建立基于深度学习和控制理论的半固态铝合金浆料智能制备技术和装置，实现自动化、智能化的半固态铝合金浆料制备过程，具有以下预期结果：1. 可以实现对半固态铝合金浆料的自动化生产。
通过智能制备装置可以实现半固态铝合金浆料配比、温度、压力等参数自动控制，提高浆料生产效率和一致性。
7075铝合金半固态浆料制备及其组织形成机理分析
７ ０ ７ ５铝 合 金 半 固态 浆料 制 备及 其 组 织 形 成 机 理 分 析
涂 琴 ，杨 兴 文 ，朱 光
（ １ ． 国 家 知 识 产 权 局 专 利 局 专 利 审查 协 作 河 南 中 心 ， 郑州 ４ ５ ０ ０ ０ ０ ； ２ ． 中原 工 学 院 ， 郑州 ４ ５ ０ ０ ０ ７ ）
摘
要： 采 用 新 型 半 固态 成 形 技 术 — — 蛇 形 通 道 浇 注 法 制 备 ７ ０ ７ ５铝 合 金 半 固态 浆 料 。研 究 了 浇 注 温 度 、 蛇 形 通 道 材
质对 ７ ０ ７ ５铝 合 金 半 固态 浆 料 组 织 的影 响 ， 分析 了 ７ ０ ７ ５ 铝 合 金 半 固 态浆 料 的 组 织 形 成 机 理 。研 究 结 果 表 明 ： 在 其 他 工 艺
第 ４期
涂琴 ． 等： ７ ０ ７ ５ 钳 ； 合金 半 固 态浆 料 制 备 及其 乡 儿 纵 肜 成 机 理 分 忻
熔 融 金 液
具 体 的实验 步骤 ； ｎ １ 下： 将 ７ ０ ７ ５商用 铝合金 Ｊ Ｊ 【 ｊ 热 到
化川 Ｊ
浇注温 度 （ 没置 ６
浇 注 温 瞍． 分别为 ７ ６ ０ Ｃ、
半 固态成形 技术［ ５ ］ 展 开 了广 泛研究 ， 认 为获得 均匀细 小
生ａ —Ａｌ 晶粒 ， 并 针对其组织形成 机理进行分 析， 为
７ ０ ７ ５ 铝合 金的半 固态 浆料制备提供 新的思路 。
１ 实 验 材 料 和 方 法
实验 所用 材料 为 ７ ０ ７ ５ 商 用铝 合金 ， 其具 体成 分如 表 １所示 。７ ０ ７ ５铝 合金 的 固相线 温度为 ４ ７ ７℃ ， 液 相 线温 度为 ６ ３ ５℃， 半 固态 区 间 （ 即 固液 共存 区间 ） 非 常
半固态7075铝合金浆料温度均匀化处理过程中的组织演化规律(英文)
attentions from many researchers because of less investment and lower raw material cost compared with thixocasting process. And various techniques for semi-solid slurry preparations of wrought aluminum alloy was proposed such as continuous rheoconversion process (CRP) [9], semi-solid rheocasting process (SSR) [10], low superheat pouring with a shear field process (LSPSF) [11], inverted cone-shaped pouring channel process (ICSPC) [12].
Corresponding author: Bin YANG; +86-10-62332882; E-mail: yang_bin19@ DOI: 10.1016/S1003-6326(13)62905-2
Bin YANG, et al/Trans. Nonferrous Met. Soc. China 23(2013) 3592−3597
The present work focuses on high-strength 7075 alloy as the most common wrought aluminum alloy has a great potential to be utilized in aircraft structural parts and other highly stressed applications where very high strength and good resistance to corrosion are required. However, the difficulties in rheoforming of this alloy centre on the high sensitivity of the liquid fraction to temperature fluctuation which can lead to hot tearing and make the quality of the slurry unstable [8]. In this work, a controllable temperature homogenization treatment on the slurry after being prepared is used to obtain a certain liquid fraction and keep the uniform quality of the slurry. The purpose is to investigate the influence of subsequent temperature homogenization treatment on the
单管强冷制备半固态A356铝合金浆料的实验研究及数值模拟的开题报告
单管强冷制备半固态A356铝合金浆料的实验研究及数值模拟的开题报告一、研究背景和意义铝合金是一种重要的结构材料，在航空航天、汽车、建筑等众多领域得到广泛应用。
半固态加工技术是当前铝合金加工领域的热点研究方向之一，它能够有效提高铝合金的成形性能和力学性能，提高铝合金部件的质量和寿命。
其中，单管强冷制备半固态A356铝合金浆料是半固态加工技术中一种重要的制备方法，能够获得高密度、均匀性好的铝合金浆料，适用于多种成形工艺。
因此，研究单管强冷制备半固态A356铝合金浆料的原理及优化混合参数，有助于提高半固态加工技术制备铝合金零部件的质量和性能，具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、研究内容和方法本项目的研究内容主要包括以下三个方面：1. 实验研究利用单管强冷制备技术制备A356铝合金浆料，探究制备过程中的混合参数（包括转速、排料量、混合时间等）对浆料性能的影响，分析其制备机理和工艺规律。
2. 性能测试利用拉伸试验、冲击试验等方法对不同制备参数下制备的铝合金浆料进行性能测试，研究其力学性能、组织结构和成形性能。
3. 数值模拟采用流体力学仿真软件FLUENT，建立单管强冷制备半固态A356铝合金浆料的数值模型，模拟浆料在制备过程中的流动状态和混合过程，并通过验证实验对模型进行优化。
三、预期成果和意义通过本项目的研究，预期获得以下成果：1. 掌握单管强冷制备半固态A356铝合金浆料的制备技术和原理，分析各种混合参数的优化组合方式。
2. 对制备参数下铝合金浆料的力学性能、组织结构和成形性能进行深入研究，为半固态加工铝合金零部件提供基础数据和理论支持。
3. 建立单管强冷制备半固态A356铝合金浆料的数值模型，并通过验证实验进行模型优化，为工程应用提供数值模拟方法。
4. 探讨单管强冷制备技术在半固态加工领域中的应用前景，为铝合金半固态加工技术的发展提供理论指导和实践参考。
本项目对于提高铝合金零部件的质量和性能，促进铝合金半固态加工技术的发展具有重要的理论意义和应用价值。
7075铝合金半固态浆料制备及其组织形成机理分析
7075铝合金半固态浆料制备及其组织形成机理分析涂琴;杨兴文;朱光【摘要】采用新型半固态成形技术--蛇形通道浇注法制备7075铝合金半固态浆料.研究了浇注温度、蛇形通道材质对7075铝合金半固态浆料组织的影响,分析了7075铝合金半固态浆料的组织形成机理.研究结果表明:在其他工艺条件不变的情况下,浇注温度在660~760 ℃时,随浇注温度的降低,所形成的铝合金浆料组织由枝状晶向蔷薇状直至球状或类球状晶转变,浇注温度越低,其MPD值越小,NPA、ASF 值越大,形成的晶粒越细小、圆整、均匀;采用纯铜质蛇形通道浇注时,所形成半固态浆料组织的MPD、 NPA、 ASF特征参数均优于石墨质蛇形通道;对于7075铝合金半固态浆料,重力+自搅拌+剪切+对流的混合作用使得半固态金属液的浓度场和温度场趋于均匀,晶核的择优生长取向被抑制,最终形成细小的球状或类球状晶组织.【期刊名称】《中原工学院学报》【年(卷),期】2017(028)004【总页数】6页(P40-45)【关键词】7075铝合金;半固态浆料;浇注温度;蛇形通道材质;形成机理【作者】涂琴;杨兴文;朱光【作者单位】国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心,郑州 450000;中原工学院,郑州 450007;中原工学院,郑州 450007【正文语种】中文【中图分类】TG146.21半固态金属成形技术具有应用范围广、近净成形、加工温度低、变形抗力小、灵活性高、高效节能、环保等显著特点，被认为是21世纪最有发展前途的近净成形技术之一[1-4]。
自20世纪70年代起，国内外学者就对半固态成形技术[5]展开了广泛研究，认为获得均匀细小的球状组织是半固态成形技术的核心，相继开发出一系列技术来获得细小的球状晶，如最先投入实际应用的机械搅拌法[6]及后来研发的电磁搅拌法[7]。
近年来，随着半固态成形技术的进一步发展，新型的半固态无搅拌制备技术层出不穷，如超声振动法[8]、倾斜板法[9]、阻尼冷却管法[10]、分散混合流变制浆法[11]、锥桶式流变成形法[12]等。
半固态铝合金浆料的复合制备和流变成形研究
半固态铝合金浆料的复合制备和流变成形研究本文的研究课题是“半固态铝合金浆料的复合制备和流变成形研究”。
结合现有的研究成果对半固态铝合金浆料的复合制备和流变成形进行研究，分析半固态铝合金浆料的复合制备要点以及流变成形过程中的参数变化规律，研究和探讨新型半固态铝合金浆料的制备及其成型特性，为本领域的研究探索提供一定的依据及参考。
二、料和方法2.1料用于制造本文的半固态铝合金浆料的基本材料主要包括：铝粉、碳化硅粉、氧化铝粉、溶剂等。
2.2法本文所用半固态铝合金浆料的制备采用超声波复合加工方式，利用超声波穿透材料和溶剂，使材料中固体颗粒受到振动和穿透作用，以实现材料复合成形的功能，并在中间加入适当的调节剂，以调整和改善材料的溶剂和粒度等性能特点，使最终的产品具有较好的均匀性、流动性和稳定性。
三、果与讨论3.1性测试通过测试，发现本文的半固态铝合金浆料具有良好的物性指标，入炉后收得率可达到95%以上，耐压强度可达到165MPa，抗拉强度可达到88MPa，延伸率可达到75%以上，硬度可达到HV240以上，断裂伸长率可达到14.5%，热变形温度可达到230℃，这说明本文的半固态铝合金浆料的性能良好，具有很好的尺寸精度和质量稳定性。
3.2变成形本文采用压力成型机对半固态铝合金浆料进行试验，其中压力可达到150MPa，温度可达到280，测试结果显示：在该环境下，半固态铝合金浆料的压实性、变形量、强度指标均有所提高，压实率可达到98%以上，延伸率可达到76.7%，抗拉强度可达到90.7MPa，耐压强度可达到176MPa，这些参数指标都达到了技术要求，表明本文的半固态铝合金浆料具有较好的流变成形性能。
四、论研究结果表明，本文所用的半固态铝合金浆料具有良好的物性性能，并且在流变成形时也能达到较好的性能。
在流变成形的实验中，采用了超声波复合加工方法，具有较好的成形效果。
为半固态铝合金浆料的制备和流变成形提供了参考。
通过对本文的研究，有助于对半固态铝合金浆料的开发提供一定的研究依据，有利于推动半固态铝合金浆料在生产和应用中的更广泛使用，为提高材料加工技术水平、减少能耗、提高加工质量和降低生产成本等方面做出更大的贡献。
【CN209681081U】一种制备铝合金半固态浆料的循环细化装置【专利】
6 .根据权利要求1所述的一种制备铝合金半固态浆料的循环细化装置，其特征在于：所 述底座（14）的上表面另一侧设有推杆（11），所述推杆（11）与所述底座（14）焊接固定。
权利要求书1页 说明书4页 附图2页
CN 209681081 U NhomakorabeaCN 209681081 U
权 利 要 求 书
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1 .一种制备铝合金半固态浆料的循环细化装置，其特征在于：包括承接板（2）和底座 （14），所述底座（14）的下表面四个拐角处固定有脚轮（16），所述底座（14）的下表面沿竖直 中 线 对 称固 定 有固 定盒（1 3），所 述固 定盒（1 3）的 内 侧壁固 定 有 安 装 座（2 2），所 述 安 装 座 （22）的内部固定有第二气缸（19），所述第二气缸（19）的一端滑动连接有第二输出杆（18）， 所述第二气缸（19）的另一端滑动连接有第三输出杆（20），所述第三输出杆（20）的底部固定 有支撑块（21），所述底座（14）的上表面一侧固定有第一气缸（15），所述第一气缸（15）的一 端滑动连接有第一输出杆（10），所述第一输出杆（10）的顶部固定有电机（9），所述电机（9） 的顶部固定有承接板（2），所述电机（9）的输出轴固定连接有皮带轮（1），所述皮带轮（1）的 内侧壁固定有转轴（3），所述转轴（3）的底部固定有转子（6），所述转子（6）的外部转动连接 有定子（5），所述转子（6）的内部固定有连接轴（7），所述连接轴（7）的外侧壁固定有第二扇 叶（17）和第一扇叶（8）。
2 .根据权利要求1所述的一种制备铝合金半固态浆料的循环细化装置，其特征在于：所 述支撑块（21）包括金属片（211）和橡胶片（212），所述橡胶片（212）位于所述第三输出杆 （20）的底部，且与所述第三输出杆（20）固定连接，所述橡胶片（212）的下表面设有所述金属 片（211），所述金属片（211）与所述橡胶片（212）粘贴固定，所述电机（9）、所述第一气缸（15） 和所述第二气缸（19）均与外部电源电性连接。
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Hot Working Technology 2015,Vol.44,No.5收稿日期:2014-05-21基金项目:内蒙古自然科学基金项目(2009MS0804);内蒙古高等学校研究项目(NJ09065)作者简介:曾怡丹(1964-),女,福建人,教授,博士,主要研究方向:轻合金半固态成形工艺;E-mail:zyidan@铝合金半固态浆料保温过程中组织演化研究曾怡丹,郝新,李艳芬,许萍(内蒙古工业大学材料科学与工程学院,内蒙古呼和浩特010051)摘要:对保温过程中半固态浆料初生相的生长机制进行了研究。
结果表明,初生相是由不同晶核长大而形成的,而不是由枝晶碎片熟化形成的;在优化的保温条件下,浆料内温度、浓度场是均匀的,初生相/液相界面满足相对稳定性条件,初生相形态为球状或近球状。
关键词:半固态浆料;组织演化;保温处理DOI:10.14158/ki.1001-3814.2015.05.009中图分类号:TG292;TG249.9文献标识码:A文章编号:1001-3814(2015)05-0028-04Evolution of Particle Morphology of Semi-solid Al Alloy SlurryDuring Isothermal HoldingZENG Yidan,HAO Xin,LI Yanfen,XU Ping(College of Materials Science and Engineering,Inner Mongolia University of Technology,Hohhot 010051,China)Abstract :The primary phase evolution mechanism of semi-solid alloy slurry during isothermal holding was studied.The results show that under the optimal isothermal holding,the primary phase is brought up by different crystal nucleus,rather than by ripening of dendrites.The temperature and concentration field in the slurry are uniform.The relative stability condition on interface between primary phase and liquid is met,so the primary phase morphology is spherical or near spherical shape.Key words :semi-solid slurry;microstructure evolution;isothermal holding半固态金属良好的加工性能源于其在两相区具有近球状晶粒悬浮于液态基体中的非枝晶组织,因此自半固态技术提出以来,非枝晶组织的形态演变规律一直是研究者关注的重要方向。
在过去的三十多年中,对近液相线、电磁搅拌、高速剪切等不同制浆条件下,非枝晶组织的形态演变规律进行了研究,提出了枝晶碎片熟化、球状晶核稳态生长、混合抑制等机制[1-4]。
熔体分散混合制浆法(melt spreadingand mixing technique ,简称MSMT )是一种新的流变浆料制备技术[5-6],制浆过程分为两个阶段:①制浆室内形成含有大量晶核的过冷熔体;②在收集坩埚内保温,形成符合流变成形要求的浆料。
初生相长大主要是在第二阶段完成,因此初生相的组织形态演变主要取决于这个阶段。
但是由于初生相生长界面受诸多因素的影响,变化规律复杂,其生长过程尚不明确。
本文对过冷熔体的保温过程进行了试验研究,给出了各工艺因素对浆料组织的影响。
在此基础上,分析生长阶段获得近球状浆料组织的条件,揭示初生固相的生长机制,为选择浆料保温工艺提供依据。
1试验材料与方法1.1试验材料选择Al-6.56%Si 二元铝合金作为试验材料。
用DSC 测得合金的液、固相线温度分别为626、558℃。
1.2浆料保温处理经制浆室分散混合处理的过冷熔体置于收集坩埚中,在保温温度、保温时间分别为550、580、590、600℃和1、2、3、4min 条件下进行保温处理。
1.3金相组织观察及定量分析在不同保温工艺条件下取少量浆料水淬,在水淬样品上截取金相试样,利用Zeiss 金相显微镜上观察其金相组织,对同一个试样,随机选择100个以上初生相颗粒,采用MIAP 软件测定其数量、尺寸、尺寸的频率分布及形状因子。
初生相尺寸用等积圆直径表示(以下简称:初生相直径),形状用形状因子f 表示,f =周长的平方/(4×π×面积)。
f 越接近1,表示初生相形态越接近球状。
1.4浆料初生相晶体取向测定在保温处理后浆料试样上取ϕ6mm ×8mm 的圆网络出版时间：2015-03-06 16:09网络出版地址：/kcms/detail/61.1133.TG.20150306.1609.084.html《热加工工艺》2015年3月第44卷第5期柱体,经过机械磨抛、电解抛光和离子减薄,制得EBSD试样,在CAMBRIDGE S-360扫描电镜上进行检测,采用HKL公司的分析软件处理数据,获得初生相晶体取向。
1.5浆料初生相形貌分析在Hitachi S650扫描电镜上,观测半固态试样断口的微观形貌,并采用EDS(EDAX9100)测定初生相颗粒表面Si元素成分分布。
2试验结果及分析2.1保温工艺研究为了探索浆料的保温工艺,选取保温温度T、保温时间t作为控制因素,通过试验研究了控制因素对浆料组织形态的影响规律。
采用多元线性回归的方法,建立初生相直径D及形状因子f与各影响因素的回归方程,见式(1)、(2)。
D=0.091T+10.4t(1) f=0.00283T+0.93t-0.0017T·t(2)回归结果表明,保温温度T对初生相直径的影响是线性的,随着保温温度升高,初生相直径增大。
保温温度对初生相尺寸的影响表现为两个相反的作用:一是高的保温温度抑制初生相长大,初生相直径小;二是高的保温温度也抑制浆料中新的晶核形成。
别统计了600、550℃保温后浆料中初生相尺寸分布,发现高保温温度下,直径小于50μm的初生相颗粒占仅33%,而较低的保温温度下,直径小于50μm初生相颗粒占52%。
因此,在所研究的温度范围内,高的保温温度下,初生相平均尺寸较大。
保温温度对初生相形状的影响是非线性的,在保温时间大于1.66min条件下,随着保温温度升高,形状因子增大。
保温时间t对初生相直径的影响是线性的,随着保温时间增长,初生相的直径增加,保温温度越高,这种效果越明显。
保温时间对形状因子是非线性的,在保温温度高于547℃条件下,随着保温时间增长,初生相的形状因子减小。
2.2工艺参数优化把形状因子作为控制条件,则初生相直径的非线性规划模型如(3)式:min(f)=0.091T+10.4t1≤t≤4(3) 580≤T≤6151≤0.00283T+0.93t-0.0017T·t≤1.6优化结果:当初生相的形状因子控制在1~1.6时,最优保温工艺为:保温温度580℃、保温时间1 min。
此时初生相直径为63.2μm。
把初生相直径作为控制条件,则形状因子的非线性规划模型如(4)式:min(D)=0.00283T+0.93t-0.0017T·t1≤t≤4(4) 580≤T≤61555≤0.091T+10.4t≤65优化结果:当初生相的直径控制在60~65μm 时,最优保温工艺为:保温温度580℃、保温时间1.27min。
此时初生相形状因子为1.57。
考虑浆料的组织及成形的可操作性,优化工艺为:浆料保温温度580~590℃、保温时间1~2min。
2.3生长机制为了揭示在优化的保温条件下非枝晶初生相的生长机制,从初生相的二维、三维形貌、相邻初生相的晶体取向、熔体内温度分布、固液界面的稳定性几个方面,进行了试验研究和分析。
2.3.1初生相生长过程图1是收集在坩埚内保温不同时间的浆料水淬组织。
很明显,随着保温时间延长,初生相逐渐长大。
在生长中,初生相基本上保持原有的近球状或蔷薇状生长形貌,没有发现大量枝晶破碎形成近球状初(c)保温4min(a)保温1min(b)保温3min200μm200μm200μm图1不同保温时间的浆料组织Fig.1Representative microstructure of samples at different isothermal holding timeHot Working Technology 2015,Vol.44,No.5生相的迹象。
初生相生长到一定尺寸后,在界面能的驱动下,发生了熟化,由近球状向球状转变的趋势增大,初生相的形状因子减小。
在整个保温过程,存在初生相颗粒熟化和偏聚长大现象。
2.3.2初生相晶体取向分析为了进一步证实初生相是由不同的晶核发展而来,测定初生相的晶体取向[7]。
如果相邻初生相晶体取向上有一定的相关性,则说明可能是由一个晶核发展而来。
初生相晶体2、3。
在图2取向,绿色为“盲的情况,在本试样中为激冷组织。
图3取向差分布图标示相邻初生相颗粒的取向差分布。
EBSD 的取向成像图(图2)显示,相邻初生相颗粒在相位上没有相关性,这说明初生相在三维形状上是各自独立的。
因此绝大部分初生相在三维上是球状或块状的,而不是如文献[8]的所述:初生相在三维形态上呈枝晶状,金相组织显示的二维平面上的球状只是各个不同分枝的截图。
从取向差分布图(图3)上看到,取向差小于15°过15°的晶界约度晶界的比例是生相颗粒来自于0.080.070.060.050.040.030.020.0101030405060差角/(°)(a)相关的(随机的Fig.3and (c))(Fig.2(a),(b),(c)corresponding to Fig.1(a),(b),(c))(a)Fig.2to不同的晶核。
随着凝固过程的进行,初生相颗粒相互接触,这类大角度晶界比例增加。
2.3.3微观组织形貌分析半固态浆料的微观组织形貌见图4,在三维形态上,初生相以球状、近球状或不规则块状的形态独立存在。
为考察初生相的凸起部分是否为界面失稳后的生长部分,采用EDS 测定初生相颗粒凸起部分的成分,结果见图5。
结果表明:凸起部分Si 含量为16.79%和25.65%,这远远高于初生相颗粒成分图4MSMT 浆料组织微观形貌Fig.4Micromorphology of semisolid slurry samplesprepared by MSMT200μm200μm谱图1谱图1246810246810E /keVE /keVSiAlAlSi图5浆料初生相颗粒表面Si 元素分布Fig.5Si distribution on the surface of primary phase particle1.9%,可以判定是初生相间的共晶组织,即初生相的生长界面没有发生失稳现象。