半固态合金流变铸造的研究进展

总结了30余年来半固态合金流变铸造的研究和应用现状。介绍了传统机械搅拌式流变铸造工艺，由于其所制备的半固态合金浆料保存、输送麻烦，至今没有进入实际应用；评述了射室制备浆料式流变铸造工艺技术，其生产的压铸件经T6处理，力学性能与挤压铸件相当，但伸长率提高很多；介绍单、双螺旋流变射铸工艺，其特点是利用液态合金原料生产成本低，铸件气孔率低，但其所需设备和生产工艺还处在优化阶段；重点介绍了低过热度倾斜板浇注式流变铸造、低过热度浇注和弱机械搅拌式流变铸造的工艺特点和核心思想；分析了半固态合金流变铸造的发展前景。     

半固态合金流变行为研究进展

论述了半固态合金流变行为的研究方法,指出同轴双筒测试方法更加适合于半固态合金.归纳分析认为,半固态合金流变行为的主要特征是:当固相分数一定时,在等温稳态条件下,表观粘度随剪切速率的增大和冷却速率的降低而下降,即呈假塑性特征;而在等温动态流变条件下,其流变行为则属于胀流型.描述其流变行为的流变模型普遍以五元件机械模型形象地表示.     

半固态ZA12合金的瞬态流变性能

采用自行研制的高温同轴双筒流变仪对半固态ＺＡ１２合金的流变性能进行研究,结果表明。半固态合金的剪切应力与剪切时间的关系曲线的特征与固相分数和剪切速率有关,此外,在稳态条件和瞬态条件下,半固态合金浆液表现出不同的流体特征。     

轻合金半固态流变挤压铸造的研究进展

半固态挤压铸造是集半固态加工与挤压铸造为一体,利用半固态浆料的流变性能进行浇注充型,并在压力作用下凝固成形的一种材料加工新技术。本文分别介绍了铝合金和镁合金的半固态流变成型工艺的一些方法。介绍了半固态流变挤压铸造的研究进展并对其发展前景进行展望。     

剪切速率增稠半固态合金浆料的流变力学模型

半固态合金浆料的本质特性依靠宏观因素。这些因素控制着材料的流变行为。它们又可转化为内变量和外变量,内变量包括固相颗粒的团块化程度、流体粘度、颗粒尺寸、颗粒形貌和颗粒尺寸的分析,外变量包括和剪切速度。在原来的简单模型上,根据半固态合金浆料的不同特性,得出不同条件下的新模型。     

半固态金属流变铸造技术的研究进展

总结了30余年来半固态合金流变铸造技术的研究和应用现状,介绍了压室制备浆料式流变挤压铸造技术、单螺旋机械搅拌式流变铸造技术、双螺旋机械搅拌式流变铸造技术、低过热度倾斜板浇注式流变铸造技术、低过热度浇注和弱机械搅拌式流变铸造技术、连续流变转换式流变压铸技术、低过热度浇注和弱电磁搅拌式流变成形技术、蛇形通道浇注式的流变成形技术、熔体分散混合式流变成形技术、转桶式流变成形技术、波浪倾斜板浇注式流变成形技术、旋转倾斜圆筒式流变成形技术、超声振动式流变成形技术、熔体处理和双向电磁搅拌制备及流变成形技术、低于液相线温度的流变成形技术、偏旋热焓平衡式流变成形技术、气泡搅拌制备式流变成形技术及其发展前景。     

机械搅拌对半固态ZA27合金组织和性能的影响

研究不同等温温度、搅拌速度、搅拌时间等工艺参数对半固态ZA2 7合金力学性能和组织的影响 ;结果表明ZA2 7合金等温搅拌温度在 470℃～ 480℃ ,搅拌 10min～ 15min时 ,获得的性能和组织较好 ,搅拌强度越高 ,搅拌后获得的组织和性能越好。     

倾斜式冷却剪切流变对半固态合金组织的影响

倾斜式冷却剪切制备半固态合金过程中,合金组织逐渐由粗大的树枝晶向细小的球形晶演变,组织形成过程与枝晶的破碎以及整体爆发形核机制有关.倾角、冷却板长度、浇注温度、冷却板表面性质对合金组织具有很大的影响.倾斜式冷却剪切流变很好改善了1Cr18Ni9Ti不锈钢组织与常规铸造的Al-10Mg合金的羽毛晶组织.     

壁厚对半固态流变挤压铸造CuSn10P1合金微观组织均匀性和性能的影响

显微组织的不均匀性影响零部件的综合性能,而半固态成形的特性易引起零部件不同部位显微组织存在较大差异,如何改善半固态组织均匀性是获得性能优异成形件的关键。本文设计四种零件壁厚,研究零件壁厚对流变成形件显微组织均匀性及性能的影响。研究结果表明：不同壁厚CuSn10P1合金半固态挤压铸件的显微组织均由α-Cu相、δ-Cu41Sn11相、β′-Cu13.7Sn相和Cu3P相四种相构成,随着壁厚的减小,CuSn10P1合金半固态浆料充型时固液两相协同变形能力变差,导致了显微组织沿充型方向上的不均匀分布,晶间组织（α+δ+Cu3P）逐渐呈大面积网状或者长条状且团簇聚集分布不均;初生α-Cu晶粒尺寸先减小后增大,其中10mm壁厚铸件初生α-Cu晶粒最为细小。随着壁厚减小,CuSn10P1合金半固态挤压铸件的室温抗拉强度和延伸率均呈先增加后降低的趋势,当壁厚为10 mm时性能最佳,分别为445.7 MPa和37.78 %,这主要归功于其组织均匀化、固溶强化效应和细晶强化效应。     

半固态合金流变成形技术的研究进展

半固态合金组织的形成有两种不同的途径：枝晶球化和球形组织直接生长.经过30多年的发展,半固态合金流变成形又成为目前的研究重点.论述了双螺旋机械搅拌式流变射铸工艺、New Rheocast Processing、Semi Solid Rehocasting、低过热度浇注和弱电磁搅拌式流变铸造、Continuous Rheoconversion Process的工艺特点和核心思想,分析了其发展前景.     

结晶初期熔体流动对半固态合金粒状初晶形成的作用

采用控制熔体结晶法制得颗粒状组织半固态ZL101合金,研究了结晶初期熔体流动对粒状初晶形成的作用。结果表明：粒状晶的形成除受浇铸温度影响外,还与熔体充型方式有关,常用的上铸充型可使初生α相粒化,而充型平稳的底铸所得组织仍以树枝晶为主,680℃浇铸后自然凝固组织为树枝状;相同条件下,在液相线温度附近对熔体施以极短时的搅动,便得到粒关α组织,数值模拟揭示了熔体充型及结晶初期温度和流速的变化。液相线温度附近的熔体流动是粒状晶形成的关键。     

固液态合金流变性能对于流动型铸造缺陷形成影响机制的分析

根据合金在固液共存状态的流变性能本构方程，结合凝固时补缩流动的特点，采用多孔介质模型，推导了适用于具有B—K模型的固液态合金在枝晶骨架中流动的公式，分析了缩松的形成机理；运用非牛顿流体力学原理，推导了固液态合金中气泡、夹杂物、不同密度合金组元等在合金中作stokes流动的速度公式，提出了气孔夹杂、比重偏杆等缺陷形成机理。     

半固态合金流变成型工艺理论--第一部分流变充型理论

半固态合金熔体直接浇入储料腔后,在压力作用下依靠自身特有的流变性,依次通过直浇道、横浇道和内浇道,逐步充填工件型腔的过程称为半固态合金熔体流变充型.流变充型的微观过程包括其中液相的主动流变和固相的被动流变,可能出现均匀流变充型和分离流变充型两种形式,导出了分离流变的发生条件.理论分析了流变充型阻力的来源和定量计算公式,发现最大充型长度取决于模具(或铸型)的冷却能力、半固态熔体自身的微观结构和流变特性以及成型工艺参数,给出了螺旋线型腔最大充型长度的估算公式.     

等温温度和微量合金化对电磁搅拌ZA—27流变组织的影响

本文采用自行研制的旋转永磁体电磁搅拌铸造机制取ＺＡ－２７半固态浆料，对永磁体采用ＮＮ－ＳＳ和Ｎ－Ｓ排由时磁感应器内的磁场分布进行了测量和分析；在相同剪切速率条件下测量和分析了不同固相率初生相的分布，大小，形貌及浆料旋涡形貌，揭示了等温温度与搅拌强度的关系；考察了微量合金元素加入量和铸造工艺对半固态铸锭初生相形核、生长和形貌的影响；对不同搅拌和冷却制度下的铸锭组织进行了分析对比。成功地制取了性能良好     

变形量对半固态CuSn10合金组织和性能的影响

材料的组织形态直接影响零件的性能,本文采用自主研发的熔体约束诱导形核半固态制浆装置制备CuSn10半固态浆料并流变挤压成薄板,然后在350℃下轧制变形,研究变形量对微观组织和性能的影响。结果表明,随着变形量增加,变形板件内部缩松缩孔等铸造缺陷逐渐减少减小、晶粒呈现压缩拉长趋势、平均晶粒厚度从初始未变形时30.58μm到变形量ε=0.4时的22.12μm。随变形量的加大在初生相内部产生的形变孪晶数量逐渐增加。在变形量从ε=0增加到ε=0.4的过程中,CuSn10合金组织内小角度晶界占比逐渐占优,引入了大量的亚结构和位错密度。在变形量ε=0.4时,可以发现极图{110}和{111}存在[101]、[111]和[001]织构。在板材力学性能方面,板材的屈服强度、抗拉强度和硬度不断增加;但塑性呈现下降的趋势。变形量ε=0.4时,其屈服强度、抗拉强度和布氏硬度分别达到了443MPa、554MPa、194HBW,相较于初始未变形薄板其屈服强度、抗拉强度和硬度分别提高了106.1%、66.4%、41.6%,延伸率降低至0.82%。半固态CuSn10合金在变形过程中随变形量的增加强度、硬度不断提高、塑性持续降低,这主要是归功于在轧制变形过程中产生的晶粒细化和加工强化。     

半固态合金流变成型工艺理论--第1部分流变充型理论

半固态合金熔体直接浇入储料腔后，在压力作用下依靠自身特有的流变性，依次通过直浇道、横浇道和内浇道，逐步充填工件型腔的过程称为半固态合金熔体流变充型。流变充型的微观过程包括其中液相的主动流变和固相的被动流变，可能出现均匀流变充型和分离流变充型两种形式，当型腔压力Pm大于粘滞力τ时，将出现分离流变。理论分析了流变充型阻力的来源和定量计算公式，发现最大充型长度取决于模具（或铸型）的冷却能力、半固态熔体自身的微观结构和流变特性，以及成型工艺参数，给出了螺旋线型腔最大充型长度的估算公式。     

半固态流变成形的技术关键与新进展

早期的半固态加工技术以触变成形为主,但流变成形越来越受到企业界的欢迎,正在成为半固态加工技术领域的新亮点.目前已经利用半固态流变成形生产了包括黑色金属在内的多种零件,显示了光明的应用前景.但是,半固态流变成形要达到规模应用,必须解决模具材料、半固态浆料的定量浇注及工艺过程的自动控制3大问题.     

稀土Er对半固态成形A356合金组织及性能的影响

采用添加稀土元素Er变质处理制备了A356半固态合金,通过对含Er元素A356半固态合金成形铸件的组织观察及硬度测试,研究稀土Er对半固态成形的A356合金组织及性能的影响.结果指出,合金中添加0.1%的Er可以明显的细化合金组织,使初生α-Al由树技晶向细小胞状晶和球状晶转变,同时,添加少量Er可以很好的变质细化共晶硅相,使板块状的共晶硅细化,从而使半固态合金的力学性能得到增强.     

半固态AlSi6Mg2铝合金的稳态流变性能

利用Couette型同轴双桶流变仪研究了半固态态AlSi6Mg2合金的稳态表观粘度随着固相分数的增加而增加AlSi6Mg2铝合金浆料的等温稳态流变性能．结果表明：半固并且当固相分数达到某一临界值后表观粘度迅速增加；半固态AlSi6Mg2合金稳态表观粘度随着剪切速率增大而减小，并且随着剪切速率增加，表观粘度急剧增加，所对应的临界固相分数也随着增加；半固态AlSi6Mg2合金稳态表观粘度与固相分数和剪切速率之间的模型方程为：ηa=78．6exp(6．17，fs)γ^-1.36。     

连续冷却条件下半固态AZ91D合金的流变特性

在Couette型同轴双桶流变仪上对半固态AZ91D合金浆料的流变性能以及组织进行了研究,结果表明:连续冷却条件下,半固态AZ91D合金浆料的表观粘度与冷却速率有很大的关系,低冷速下的表观粘度低于高冷速下的表观粘度;连续冷却条件下,半固态AZ91D合金浆料的表观粘度还受剪切速率的影响,随剪切速率的增高,浆料的表观粘度降低;连续搅拌半固态AZ91D合金浆料的组织与冷却速率和剪切速率有关,降低冷却速率和增大剪切速率都有利于固相颗粒的球化.