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半固態(tài) 鋁 合 金 （ 漿料 流變成形 的 充填性能 2, 材料科學(xué)與工程學(xué)院 . 北京科技大學(xué) , 北京 100083. 2 國家有色金屬材料合成工程研究中心 。有色金屬材料總研究所 ，北京 100088 摘要：許多流變成形方法研究了漿料溫度、注漿壓力和活塞速度對半固態(tài) 果表明， 半固態(tài) 填性能 有非常巨大的影響；漿料溫度越高 ， 充填性能 越好，并且流變成形的合適漿料溫度是在 585注漿壓力也對 充填性能 有非常巨大的影響，并且當(dāng)它處在 15合 流變成形。 活塞速度也對 充填性能 有非常巨大的影響，并且當(dāng)活塞速度在 變成形。由電磁攪拌的低過熱度澆注準(zhǔn)備的漿料的 充填性能 是非常好的，并且流變成形 壓鑄 中的微結(jié)構(gòu)分布是均勻的， 這種情況有利于高質(zhì)量壓鑄。 合金；流變成形； 充填性能 ；半固態(tài) 1 引言 自從 1970萊明斯 發(fā)展了半固態(tài)金屬成型以來 ，它已經(jīng)了吸引了海外和國內(nèi)相當(dāng)大的注意力。 一些專家學(xué)者已經(jīng)對這些技術(shù)的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用進行了研究。又經(jīng)過 30多年的發(fā)展，這些理論和應(yīng)用研究已經(jīng)成功應(yīng)用于制造各種各樣的汽車和飛機零部件 [1但是，發(fā)展到現(xiàn)在，只有 觸變成形 技 術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到商業(yè)生產(chǎn)，但是這種商業(yè)生產(chǎn)規(guī)模非常小。這主要是因為半固態(tài)漿料的準(zhǔn)備代價和二次加熱的能量消耗 越來越大，并且 坯 、澆注系統(tǒng)和不合格鑄件 之間的循環(huán)是困難的。 當(dāng)與 觸變成形 技術(shù)對比發(fā)現(xiàn)，半固態(tài)金屬的流變成形技術(shù)有幾個優(yōu)點，例如 過程明顯變短，澆注系統(tǒng)和廢棄鑄件之間的循環(huán)變得容易，生產(chǎn)代價低等。因此，流變成形技術(shù) 現(xiàn)在已經(jīng)成為最重要的研究課題之一 [4短時間內(nèi)的電磁攪拌的低過熱度澆注 (是一種準(zhǔn)備半固態(tài)合金漿料的新方法 [10與高功率電磁攪拌得到的半固態(tài)合金 坯 相比， 它只需要更低的能量消耗 [12并且其過程控制明顯方便 [14]，其 漿料微結(jié)構(gòu)優(yōu)于液相線壓鑄技術(shù)得到的漿料結(jié)構(gòu)。因此， 以作為一種新的半固態(tài)流變成形過程的關(guān)鍵技術(shù) [15]。在 本文 研究中， 研究了由 356合金漿料的充填性能 ，其研究結(jié)果對改進的流變成形技術(shù)的發(fā)展非常有用。 2 試驗 試驗中使用的原材料是商用的 的成分是 硅、鎂、 鐵和 鋁。 液體溫度和固體溫度分別大約是 615和 555℃ 。 在這些試驗中， 后漿 料在一個感應(yīng)加熱器中經(jīng)受長時間的熱處理。 長時間的熱處理過程 之后，漿料最后被快速傳送到壓鑄機器的壓射室而成形。 為了研究上面得到的漿料的流變成形 充填性能 ，采用了 帶有 1300103模和其橫截面示意圖如圖 1。 流變成形的 試樣 長度可能作為評估漿料溫度、注漿壓力和活塞速度對 充填性能 的影響的標(biāo)準(zhǔn)。在這些試驗中采用的漿料溫度在 585圍內(nèi)；注漿壓力 在 5塞速度處在 預(yù)熱壓模和壓射室得溫度分別是 120和 300℃ 。 3 結(jié)論 料溫度對 充填性能 的影響 在這里，漿料溫度是指漿料被傳送到壓射室時的溫度。試驗說明漿料溫度對半固態(tài) 填性能 有非常大的影響。 在不同溫度下的 流變成形 螺旋形試樣的充填長度所圖 2所示 ，其中活塞速度是 m/s。 圖 2 漿料溫度對半固態(tài) 從圖 2可以看出，當(dāng)注漿壓力為 10、 15、 或者 20 著漿料溫度的增高，充填長度的變化趨勢是相似的，并且隨著漿料溫度的增高充填長度增長的趨勢是明顯的。即隨著 漿料溫度的增高，半固態(tài) 這是因為 隨著漿料溫度的增高，固相率和表觀粘度降低 。 因此 ，當(dāng)諧振器中的漿料流和充填長度增加時，充填阻力變小。另一方面， 由越高溫度產(chǎn)生的漿料的凝固時間將越長，并且充填時間也會更長。因而，漿料溫度越高，凝固時間越長，而 充填性能 越好。但是，如果漿料溫度相對比較高，那么可能會造成湍流和氣體運移。因此，必須采納確保非常緊密充填的 適當(dāng)漿料溫度。 從圖 2還可以看出，由電磁攪拌的低過熱度澆注得到的漿料的 充填性能 非常好。甚至當(dāng)漿料溫度和重加熱壓模溫度分別是 585和 120℃ ，充填長度仍然可以達(dá)到 100說明了 30填性能 。如果漿料溫度繼續(xù)增加到 595℃ ， 充填長度將高達(dá) 180且在 180， 當(dāng)成形溫度和注漿壓力分別為 595℃ 和 20 ，充填長度將增加到 270因而，任何復(fù)雜的模槽的完全充填可以通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)漿料溫度和注漿壓力而得到保證。 漿壓力對充填性能的影響 圖 1 壓 模 (a)和其橫截面 (b)示意圖 （單位： 成形溫度 /℃ 充填長度/漿壓力是施加在壓射室里的半固態(tài) 流變成形過程中，它也是一個重要的參數(shù)，并且 注漿壓力對處在 不同注漿壓力條件下的螺旋形壓鑄件的充填長度的影響如圖 3所示，圖中漿料溫度是 585° C。 圖 3 注漿壓力對充填性能的影響 從圖 3可以看出，當(dāng)注漿壓力越小時，充填長度越短；但是，當(dāng)注漿壓力增加時，充填長度將增加。例如，當(dāng)注漿壓力是 5填長度僅是 71這說明充填性能不好。但是，當(dāng)注漿壓力增加到 15填長度將高達(dá) 110 說明充填性能比較好。而且，如果注漿壓力增加到 15填長度 也明顯增加，將高達(dá)到 120- 190 隨著注漿壓力的增加，充填長度的變化趨勢可以得到如下解釋：當(dāng)注漿壓力 越 低時，充填能量不足夠克服漿料的流阻力，因此， 充填長度越短；如果注漿壓力增加，漿料將獲得較大的能量用來克服漿料的流阻力。但是，如果注漿壓力非常高，并且達(dá)到臨界值，那么諧振器中的空氣不能立即排出，并且由于不利高溫，充填長度將降低，并且也可能會造成湍流 [1因而，如果要預(yù)防 湍流，必須選擇增高的注漿壓力。 從圖 3還可以看出，當(dāng)注漿壓力增加，如果活塞速度也同時增加，充填長度將增加。例如，當(dāng)活塞速度 是 m/s， 如果注漿壓力增加到 25填長度將高達(dá) 240 更確切地說，充填性能相當(dāng)好。主要原因可能是較高的充填速度減少漿料的散熱，并且充填速度越高，漿料凝固之間流動的時間越長。因此， 充填性能將非常好。圖 3中的結(jié)果顯示，如果壓模的排氣比較好 并且 湍流不會出現(xiàn)，注漿壓力越高，充填性能越好，并且由電磁攪拌的低過熱度澆注得到的漿料的充填性能也非常好。 活塞速度對充填性能的影響 活塞速度是充填漿料時活塞向前移動的速度。在流變成形過程中，它也是一個重要的參數(shù)。圖 4顯示了活塞速度對充填長度的影響 ，其中漿料溫度是 585° C。 充填長度/漿壓力 /圖 4 活塞速度對充填性能的影響 從圖 4可以看出，隨著活塞速度的增加，充填長度增加。當(dāng)注漿壓力是 10 活塞速度是 m/填長度僅有 70這說明這種狀態(tài)下充填性能比較差。 如果活塞速度增加到 s，并且注漿壓力也是 10 填長度增加并高達(dá) 100 是，如果活塞速度增加到 m/s，充填長度增加并達(dá)到 140 顯示 此時充填性能較好。隨著活塞速度的增加，漿料充填速度增加，同時在相同模槽里的充填時間縮短 ;散 熱也減少，以至于 流動的 漿料 的溫度比較高 。結(jié)果顯示 ，漿料的表觀粘度將降低，并且漿料流性能也會比較好； 因而， 最后充填長度逐漸變長。 從圖 4還可以看出，如果注漿壓力增加，活塞速度也同時增加，充填長度將明顯增加。 例如，當(dāng)注漿壓力是 20填長度僅有105但是如果活塞速度增加到 m/s，充填長度 將增加到 180 這顯示這種條件下有好的充填性能。因而， 當(dāng)注漿壓力是 15 m/利于形成好的充填性能。 隨著活塞速度的增加，充填長度的變化趨勢也顯示由電磁攪拌的低過熱度澆注得到的漿料的充填性能也非常好 。 微結(jié)構(gòu)分布 為了得到各向同性的、好的機械 性能 ，在半固態(tài)金屬成形過程中，要求微結(jié)構(gòu)分布是均勻的，即球形 鑄件中呈均勻分布。圖 5顯示了冶金學(xué)上的切割點。 圖 6給出 A、 C 點處的中心微結(jié)構(gòu)和外圍微結(jié)構(gòu) 。從圖 6可以看出，不管是在 A、 B、或者 心處的球形 是，外圍的球形 不了多少 ，并且 沒有發(fā)現(xiàn)明顯的微結(jié)構(gòu)分離，這表明半固態(tài)漿料充填是穩(wěn)定的。 它也說明由電磁攪拌的低過熱度澆注得到的漿料適合流變成形過程，這將為 打下一個堅實的基礎(chǔ) 壓鑄件具有高質(zhì)量和好的機械性能 。 充填長度/塞速度 /℃ 4 結(jié)論 （ 1） 半固態(tài) 料溫度越高，充填性能越好，并且 流變 成形 合適 的 漿料溫度是在 585 （ 2）注漿壓力對充填性能有非常大的影響，并且當(dāng)注漿壓力在 15合 流變 成形 。 （ 3） 活塞速度對充填性能有非常大的影響，內(nèi)時，適合 （ 4） 由電磁攪拌的低過熱度澆注得到的漿料的充填性能也非常好，并且在有利于形成高質(zhì)量的壓鑄件。 參考文獻 [1] of in 22A(1991), [2] 25( 1976), [3] 2004, [4] T. R. . of [of 2002, p. 145. [5] N. A of o.2 at [of 1998, [6] Z. S. a [of 2000, [7] R. H. a to [of 6 從半固態(tài)充填片中得到的金相試樣切割面的微結(jié)構(gòu)（ a） A 點中心； （ b） A 點外圍；（ c） B 點中心；（ d） B 點外圍；（ e） C 點中心；（ f） C 點外圍 。 2000, [8] T. R. . of [of 2002, [9] of [of 2002, [10] of 00109540, 2000. [11] of of by a J. ( 20(2006), [12] K. of ( 35(1999),,[13] et of ( 36(2000), [14] D. of 618, J. ( 20(1999), [15] of 2002.