超声半固态流变挤压成形Al-20Si-2Cu-0.4Mg-1Ni合金的组织特征(英文)

通过超声振动半固态流变挤压铸造工艺制造汽车空调压缩机铝硅合金斜盘零件,研究合金的组织特征。发现在Al20Si2Cu0.4Mg1Ni合金的组织中,除了通常具有的初晶Si和α(Al)+β-Si共晶相之外,还有非平衡α(Al)颗粒或枝晶。挤压铸造过程中的较快的冷却速度而非压力是非平衡α(Al)相形成的主要原因。在半固态浆料的制备过程中,超声振动的声压作用能促进非平衡α(Al)相在共晶温度以上生成,并生长为非枝晶颗粒。超声处理的过共晶AlSi合金中的非平衡α(Al)相由共晶温度以上生成的圆形α(Al)晶粒和少量共晶温度以下生成的细小α(Al)枝晶构成。由于超声振动的作用使α(Al)基体中的Si的固溶度增加,并使初晶Si的形成温度降低,组织中初晶Si颗粒的体积分数显著降低。流变挤压斜盘中的初晶Si颗粒的平均直径和体积率分别为24.3μm和11.1%。     

Al-Si合金熔体热处理的结构转变

用示差扫描量热分析了Al-Si合金温度处理的熔体结构变化规律及结构变化温度。结果表明,在升温阶段的Al-7%Si亚共晶、Al-12%Si共晶及Al-20%Si过共晶合金的熔体中均存在额外的热效应,范围均在798～850℃之间,额外热效应温度范围与含硅量无关,结构转变焓值随合金的硅含量增加而增加,氢含量不影响结构转变的温度;而在降温过程中仅在Al-20%Si过共晶合金中发现了额外热效应,额外热效应的出现及温度范围取决于降温速度。分析认为,升温阶段的额外热效应体现了Al的熔体结构变化,降温阶段的额外热效应与熔体中的Si-Si原子团簇的行为有关。     

功率超声双振动头对A356铝合金半固态组织的影响

使用自制的交错式功率超声双振动头装置,处理A356铝合金流动熔体获得半固态浆料,研究了1000和1500W超声换能器前后排布流道、不同浇注温度和不同流道倾斜角度对A356熔体处理所获半固态组织的影响规律。结果表明,双振头斜流道对晶粒有细化作用,不同的倾斜角度对A356半固态组织细化程度不同。施振温度为620℃,流道倾斜角度为40°时,初生相晶粒最为细小,球化效果最好。     

A356铝合金轮毂半固态挤压铸造成形数值模拟

通过建立A356铝合金的半固态表观粘度模型,采用计算机模拟方法对A356铝合金轮毂半固态挤压铸造成形工艺进行了研究.通过分析挤压速度、半固态浆料充填温度及模具预热温度对铝合金轮毂半固态成形性能的影响,探讨了不同条件下的金属流动特点和温度分布规律.结果表明,对该尺寸铝合金轮毂的最佳成形工艺:半固态浆料充填温度为600℃,模具预热温度为300℃,挤压速度为5 mm/s,保压时间为25 s.     

间接超声振动制备ZL201铝合金半固态浆料

采用间接超声振动方法,即工具头在盛熔体的金属杯外面进行超声振动,制备ZL201铝合金半固态浆料。主要研究了启振温度和振动时间对浆料微观组织的影响,以及超声振动作用下整杯浆料的初生晶粒分布。结果表明,在液相线以上附近温度,对熔体进行60s左右的间接超声振动,可以获得平均晶粒直径为67μm,形状系数为0.56的半固态浆料。在60s的振动时间内,晶粒平均直径和形状系数呈现出一直增大的趋势,但是60s后平均形状系数有所降低。整杯浆料中各处浆料组织基本均匀一致,顶部和底部晶粒的平均直径略大于中部。在靠近杯壁1～3mm的区域发现大量游离晶核,表明间接超声振动还具有高频机械振动的效果。     

Al-8Ti-2C对Al-P中间合金变质效果的促进作用

研究了自制Al-P中间合金对共晶及过共晶Al-Si的变质作用，发现该Al-P中间合金对共晶及过共晶Al-Si合金都具有优良的变质效果。同时还发现，当铝合金熔体中加入Al-8Ti-2C中间合金时，Al-P中间合金对两类Al-Si合金的变质效果会增强。当Al-24Si合金中TiC含量为0．03％(以Al-8Ti-2C中间合金方式)时，初晶Si的平均尺寸由原来的47μm细化为41μm，最大尺寸由原来的75μm降为55μm；加入Al-P中间合金和TiC颗粒50min后，就可以出现变质效果，时间再延长，变质效果也不会有更大的提高。当Al-12Si合金中TiC含量为0．03％时，初晶Si的平均尺寸由原来的50μm变为30μm。     

耐热低膨胀高硅铝合金的成形与性能

利用超声振动半固态流变压铸成形的方法制备出含20%Si的AlSiCuMgNiRE合金,研究了这种合金的组织、高温性能及热膨胀性能。结果表明,P与稀土复合变质的高硅铝合金,300℃的高温抗拉强度达到167 MPa,室温强度达到310 MPa;25~300℃内的热膨胀系数为17.4×10-6(1/℃)。添加2%Fe的高硅铝合金,由于针状富Fe相割裂基体,力学性能大幅度降低。而通过超声处理可改变富Fe相的形态,其室温及高温力学性能提高。     

Variation of microstructure of RE-containing AlSi20Cu2Ni1RE0.6 alloy with different cobalt contents

Cobalt is generally considered as the element that can promote the high-temperature mechanical properties of Al-Si alloys. In order to develop new hypereutectic Al-Si alloys that can be used at high temperature, the changes of microstructure of Al-20Si-2Cu-1Ni-0.6RE-xCo alloy with different contents of Co were studied in this paper. The results show that, under P-RE complex modification of the alloy melt, the content of Co varying from 0 to 1.5% had little influence on the refining effect of primary Si and modification effect of eutectic Si, but the amount of acicular RE-bearing Al-RE-Ni-Co-Si compounds gradually increased with the increase of Co content. In addition, Co could also modify the morphology of Fe-bearing phases, which solidified as particles instead of long needles. The addition of Co even has an adverse effect on the tensile strength of this RE-containing hypereutectic Al-Si alloy.     

超声振动对Al-17Si-xFe合金富铁相形貌的影响

用直接超声振动法处理了Al-17Si-xFe(x=2,3,4,5,质量分数)合金,利用光学显微镜、XRD及EDS等手段分析了传统铸造工艺和超声半固态成形合金的微观组织。结果表明,在无超声振动时,Fe含量为2%的铸态合金组织中的富Fe相以长针状β-Al5FeSi相为主,伴有少量板条状δ-Al4FeSi2相。随着Fe含量的增加,合金组织中长针状β-Al5FeSi相逐渐减少,针片状δ-Al4FeSi2相逐渐增多,Fe含量为5%时以粗大针片状δ-Al4FeSi2相为主。在液相线附近对上述不同Fe含量的合金熔体施加一定时间的超声振动后浇注到金属型,富Fe相均以块状和短条状δ-Al4FeSi2相为主,其晶粒平均等效直径在18～46μm之间,明显细化,此外还伴有少量针状β-Al5FeSi相。初步探讨了超声振动影响富Fe相形貌的作用机理。     

Research progress on microstructure evolution of semi-solid aluminum alloys in ultrasonic field and their rheocasting

The effects of ultrasonic vibration（UV）treatment on microstructure of semi-solid aluminum alloys and the application of UV in rheocasting process are reviewed.Good semi-solid slurry can be produced by high-intensity UV process for aluminum alloys.The microstructures of Al-Si,Al-Mg and Al-Cu alloys produced by rheocasting assisted with UV are compact and with fine grains.The mechanical properties of the UV treated alloys are increased by about 20%-30%.Grain refinement of the alloys is generally considered because of cavitation and acoustic streaming caused by UV.Apart from these mechanisms,a hypothesis of the fuse of dendrite root caused by capillary infiltration in the ultrasonic field,as well as a mechanism of crystallites falling off from the mould-wall and crystal multiplication by mechanical vibration effect in indirect ultrasonic vibration are proposed to explain the microstructure evolution of the alloys.     

超声场作用下Mg-3Ca合金除气及细化的工艺研究

对Mg-3Ca合金熔体进行超声处理来研究超声功率、施振时间和施振温度对合金除气及凝固组织的影响。结果表明,采用超声波处理技术,可以有效去除Mg-3Ca合金熔体中的气体,从而提高铸锭的致密度。超声除气效果与施振功率、处理时间及处理温度密切相关。当施振功率过小、处理时间过短或过长及处理温度过高或过低均不会有良好的除气效果。熔体处理温度为:700℃,超声功率为150W,处理时间为120s时除气效果最好,除气率可达53.8%。另外,超声波在去除熔体中气体的同时,也使得铸锭的凝固组织变得细小、均匀。粗大的树枝晶不利于气泡的上浮和熔体补缩;而均匀、细小的等轴晶则有利于这一点。     

A1-4.5Cu合金半固态坯料制备研究

研究了稀土Ce对铝铜合金微观组织的影响以及A14.5Cu合金半固态坯料的制备工艺.实验表明:在Al-4.5Cu合金中加入稀土Ce,细化了合金的微观组织,固液两相区间变窄,改善了合金的凝固性能.浇注温度和浇注方式对合金坯料制备也有明显的影响.在700℃采用斜坡振动铜模水冷浇注可制备性能优良的稀土Al-4.5Cu半固态坯料,其组织为细小均匀的等轴球状晶,且制备工艺简单.     

半固态准共晶铝硅合金的设计与坯料制备

根据汽车空调配件使用性能的要求和半固态加工的特点,设计了适于半固态加工的汽车空调配件用高强耐热Al-10.5Si-2.5Cu-1.0Mg-Mn合金。利用低过热度浇注技术制备出组织为非枝晶状的Al-10.5Si-2.5Cu-1.0Mg-Mn合金半固态坯料,其最佳浇注温度为583℃;在接近液相线的低温保持一定时间,熔体中形成大量的细小自由(游离)晶体,并保持高的存活率,是Al-10.5Si-2.5Cu-1.0Mg-Mn合金半固态非枝晶组织形成的主要原因。     

超声振动对半固态AZ61镁合金微观组织的影响研究

利用自行设计和研制的一套超声振动装置,试验研究超声导入温度、超声输出功率和超声处理时间对半固态AZ61镁合金微观组织的影响。试验结果表明,在半固态区间,只有将AZ61镁合金熔体控制在合适的温度时,才能获得细小、均匀的半固态球状组织;当超声振动时间为60 s时,对半固态AZ61镁合金超声处理的效果最好;随着超声振动功率的增加,熔体中的颗粒直径呈不断下降的趋势,晶粒尺寸得到的明显细化,形状趋于圆整。     

初晶硅的遗传特性及其溶解动力学

将Al-21%Si(质量分数)合金在750~1 200℃分别重熔保温20、40、60、80、100和120 min后铜模快冷及重熔保温120 min后空冷,采用光学显微镜观察分析合金中初晶硅形态与尺寸的变化,对Al-21%Si合金中的初晶硅的溶解动力学进行分析。结果表明:过热温度越高,初晶硅尺寸越细小。在铜模快凝条件下,在750和850℃重熔时,保温时间对初晶硅颗粒尺寸的影响较大;在950~1 200℃重熔时,保温时间对初晶硅颗粒尺寸基本没有影响。当合金空冷时,即使过热温度足够高也不能获得细小的初晶硅组织,较高的过热温度和较快的冷却速度有利于消除过共晶铝硅合金中粗大初晶硅的遗传现象和获得细小的初晶硅。短时重熔实验和溶解动力学分析表明,当合金在1 200℃重熔并保温7~10 min后就可以使Al-21%Si合金中的初晶硅基本溶解。当重熔温度为950℃时,需要保温1.4~1.7 h才能使初晶硅得到溶解。     

Solidification behaviour of Al-7 %Si-Mg casting alloys

The effects of Mg content and cooling rate on the solidification behaviour of Al-7% Si-Mg(mass fraction)casting alloys have been investigated using differential scanning calorimetry, differential thermal analysis and microscopy. The Mg contents were selected as respectively 0.00%, 0.35% and 0. 70% (mass fraction). DTA curves of Al-7%Si-0.55%Mg(mass fraction) alloy at various cooling rates were accomplished and the alloy melt was cast in different cooling rates. The results indicate that increasing Mg content can lower the liquidus and binary Al-Si eutectic transformation temperatures. Large Fe-rich π-phases (AlsFeMg3Si6) are found in the 0.70% Mg alloys together with some small β-phases (Al5FeSi) ; in contrast, only β-phases are observed in the 0.35% Mg alloys. The test results of the Al-7%Si-0.55% Mg alloys identify that the liquidus and binary Al-Si eutectic transformation temperatures decrease, and the quantity of ternary Al-Si-Mg2 Si eutectic phase decreases as the cooling rate increases.     

半固态过共晶Al-Si合金的制备技术

论述了半固态过共晶Al-Si合金的制备技术,包括半固态搅拌、喷射沉积与触变成形、双重铸造、变质与等温处理等。这些技术可有效地改善初晶Si形态,细化初晶Si,获得一定量的球状α相,并控制浆料中的固相率,使合金具有预期的半固态组织。     

Al-20％Si中间合金对Al-Si合金共晶Si变质行为的影响

研究了Al-20％Si中间合金对铸造Al-Si合金显微组织的影响.结果表明:向Al-Si合金熔体中加入1％的Al-20％Si中间合金,Al-7％Si合金中的共晶Si由粗大的板片状变为细密的纤维状或点状,变质效果较好,而对共晶Al- 12％Si合金的变质效果较弱;浇注温度对合金显微组织影响较大,适当降低浇注温度,有利于铸件组织的细化;变质温度越低越有利于颗粒状Si相成为形核核心,抑制枝晶组织的形成长大;在变质温度为650℃时,Al-20％Si中间合金对Al-7％Si合金变质有效时间是3h左右.     

超声波对Al-20Si合金中初晶Si的影响

采用高能超声波对Al-20Si合金熔体进行处理,研究超声波以不同的导入方式对过共晶Al-Si合金中初晶Si的细化效果的影响。试验表明,在Al-20Si合金凝固过程中进行超声波处理,可以促进形核,破碎组织中粗大块片状初晶Si,减小晶粒尺寸,提高圆整度,并使其分布均匀。由于超声波的衰减效应,采用不同方式导入超声波进行处理时,对合金凝固组织的作用效果有较大区别。采用超声波导入杆在距熔体中心1/2半径处做环绕运动导入超声波,能够对初晶Si产生较好的细化效果,所获得的凝固组织细化区域更大,初晶Si分布更加均匀。     

Evolution of microstructure in semi-solid slurries of rheocast aluminum alloy

Semi-solid metal processing is being developed in die casting applications to give several cost benefits. To efficiently apply this emerging technology, it is important to understand the evolution of microstructure in semi-solid slurries for the control of the rheological behavior in semi-solid state. An experimental apparatus was developed which can capture the grain structure at different times at early stages to understand how the semi-solid structure evolves. In this technique, semi-solid slurry was produced by injecting fine gas bubbles into the melt through a graphite diffuser during solidification. Then, a copper quenching mold was used to draw some semi-solid slurry into a thin channel. The semi-solid slurry was then rapidly frozen in the channel giving the microstructure of the slurry at the desired time. Samples of semi-solid 356 aluminum alloy were taken at different gas injection times of 1, 5, 10, 15, 20, 30, 35, 40, and 45 s. Analysis of the microstructure suggests that the fragmentation by remelting mechanism should be responsible for the formation of globular structure in this rheocasting process.