超声熔体处理Al-7%Si合金坯料的半固态铸造

由于从循环利用的废料中不断累积增加Fe元素等杂质元素,所以铸造铝合金零部件高性能的要求往往很难实现。要求合金中粗大板条状的含铁化合物β-Al5FeSi在不使用变质剂和昂贵的纯铝锭条件下转变成无害的形貌结构。在凝固过程中通过利用超声振动来检测分析其对具有不同铁含量的Al-7%Si合金坯料的显微组织的变质效果。在感应加热至半固态温度583℃后,立即对超声熔体处理的坯料进行触变铸造,然后对触变铸造的铸件进行微观组织和拉伸性能检测分析。在触变铸造时,要求球形的初生α-Al相充填合金组织中的微小孔洞中,以便首先确定在坯料中通过超声熔体处理使合金显微组织产生变质效果。在605~630℃温度范围内进行超声熔体处理时,初生α-Al相从树枝状晶转变为细小的圆球形形貌。与未进行超声熔体处理的坯料相比,坯料超声熔体处理后合金中的粗大板条状β-Al5FeSi化合物相变得明显细小。升至583℃后进行半固态铸造不会明显改变β-Al5FeSi化合物的尺寸大小,可是却会使初生α-Al相的形貌变得更圆整,这有利于触变铸造。经预先加热的坯料进行触变铸造后,由于低的铸造温度,产生了快速凝固效果,使得合金中的共晶硅层片变得特别细小。在对超声熔体处理的坯料进行触变铸造时,具有不同铁含量的触变试样的抗拉强度变化并不大,即使合金含铁量达到2%。然而,用未处理的Al-7%Si-2%Fe合金坯料进行触变铸造时,其强度较差,仅为80 MPa,而用超声熔体处理的同种合金坯料,其抗拉强度达180 MPa。用超声熔体处理的不同含铁量的Al-7%Si合金坯料进行触变铸造时,其伸长率也提高了约一倍,例如触变铸造超声熔体处理的Al-7%Si-0.5%Fe合金坯料时,试样的伸长率为11%,而未进行超声熔体处理的同种合金触变铸造试件,其伸长率只有5%。     

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。     

半固态铸造高Cu含量Al-Cu合金的组织及形成机制

通过对较高Cu含量的铝合金微观组织的观察,研究了半固态铸造的Al-10Cu、Al-20Cu和Al-40Cu合金中初生α-Al枝晶、共晶晶粒和初生θ相的形貌、尺寸的变化规律以及形成机制.结果表明,半固态铸造Al-10Cu、Al-20Cu合金的初生α-Al呈近等轴的球状或蔷薇球状,其大小为50～80 μm;半固态铸造的过共晶Al-40Cu合金中初生CuAl2的形貌由较粗较长的条状转变为粒状或长径比较小的短棒状或近等轴的颗粒状,其平均尺寸小于80 μm,基本消除了粗长的初生CuAl2,改善了晶粒形貌;与普通铸造相比,半固态铸造3种Al-Cu合金的组织得到显著的改善,完全能够达到工程应用的要求.经强烈搅拌制备的半固态Al-Cu合金中的α-Al晶粒的生长可以看作内生生长,这是高Cu含量的铝合金能形成近等轴的球状、蔷薇球状、较小的短棒状、近等轴的颗粒状组织的原因.     

固液混合铸造Al-40%Cu合金的微观组织

利用固液混合铸造制备了Al-40%Cu合金并对合金的微观组织进行了研究。结果表明:固液混合铸造Al-40%Cu合金中的初生CuAl2多为粒状,尺寸一般为30～80μm。固液混合铸造加入的合金粉能够对Al-40%Cu合金凝固过程产生影响,从而细化合金中初生CuAl2,改善合金组织。与普通铸造和半固态铸造的相比,固液混合铸造Al-40%Cu合金中的初生CuAl2尺寸明显减小,形貌特征得到明显改善。     

固液混合铸造Al-20%Mn合金显微组织的研究

高合金含量的Al-Mn合金(含量为20%),由于Mn含量高,传统铸造组织十分粗大,力学性能很差,不能应用.采用固液混合铸造技术制备了Al-20%Mn, 探讨了固液混合铸造制备微晶合金的机理.研究表明,合金的显微组织明显细化,其平均晶粒尺寸都能控制在10 μm以下,且晶粒呈球形或近球形,其显微组织优于普通铸造和不加粉半固态铸造组织.     

5083铝合金半固态浆料流变成形的组织与性能

通过自制的对向式双振动头超声处理装置作用于5083合金半固态浆料并进行流变挤压铸造成形,研究了流变挤压铸造成形工艺和熔体浇注温度等对合金半固态成形制件的组织及力学性能的影响.结果表明,流变成形工艺对合金半固态组织有明显的改善作用,使晶粒更细小、致密、均匀;功率超声和流变挤压铸造能显著提高合金的力学性能;成形制件的组织和力学性能在浇注温度为645℃时最好.     

汽车发动机用Al-17Si-5Fe铸造铝合金半固态挤压成型的组织与性能研究

通过控制挤压比、成形温度的方法,对汽车发动机用铸造Al-17Si-5Fe合金进行了半固态成形工艺研究,研究了不同工艺参数下合金的组织与性能变化规律。结果表明,Al-17Si-5Fe合金适宜的半固态成形工艺为:成形温度600℃、挤压比10︰1;合金中的初生硅和富Fe相得到了较好的细化,分布较为均匀,合金取得了良好的强度与塑性结合。     

Al-6.5%Mg合金的半固态流变铸造及其性能

利用保温电磁搅拌制备半固态浆料,对Al-6.5%Mg合金的半固态流变铸造进行研究。实验中对该合金的常压铸造、液态压铸和半固态压铸所得铸件的显微组织、力学性能和拉伸断口进行分析比较。结果表明,常压铸造得到的Al-6.5%Mg合金组织为粗大的树枝晶,力学性能较低;与常压铸造相比,液态压铸件的树枝晶生长较为规则,枝晶得到细化,同时,液态压铸件的强度和塑性提高明显;半固态压铸的显微组织则为规则的球状晶,与液态压铸相比,半固态压铸件的强度略有提高,表现出更好的塑性。     

Fe含量对挤压铸造Al-Zn-Mg-Cu合金组织和力学性能的影响

采用不同压力的挤压铸造方法制备了不同Fe含量的Al-7.1Zn-2.4Mg-2.1Cu合金,研究了Fe含量和压力对挤压铸造合金组织和力学性能的影响,并重点分析了合金的断裂行为.结果 表明:铸态下,合金中富铁相为汉字状A16 (CuFe),T4热处理后,富铁相A16(CuFe)部分转变为富铜的Al7 Cu2 Fe相.相比重力铸造合金,挤压铸造高铁含量Al-7.1Zn-2.4Mg-2.1Cu合金力学性能得到显著的提升,降低了富铁相的危害,这主要归因于压力作用下组织细化和铸造缺陷的减少.75 MPa压力下,含铁量为0.55 mass％的合金经T4热处理后的抗拉强度为464 MPa,屈服强度为325 MPa,伸长率为8.9％.     

Fe含量对挤压铸造Al-3.5Mg-0.8Mn合金组织性能的影响

采用拉伸和硬度测试、扫描电镜和X射线衍射仪等手段,研究了不同Fe含量对挤压铸造Al-3.5Mg-0.8Mn合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,Fe能改善合金的力学性能,合金中只存在Al₆(FeMn)相。合金的抗拉强度和屈服强度随着Fe含量的增加而增大,伸长率随着Fe含量的增加而降低,原因是随着Fe含量增加,硬脆的Al₆(FeMn)相增多。在挤压压力为75MPa和Fe含量为0.5%时,合金的综合力学性能最佳,其抗拉强度为252MPa,屈服强度为128MPa,伸长率为28%。     

Al-Cu-Mg-Ti合金固液混合近液相线铸造及凝固组织

通过向Al-Cu-Mg合金液中加入经过预处理的快速凝固Al-7％ Ti粉进行固液混合近液相线铸造,制备了不同Ti含量的Al-Cu-Mg-Ti合金.采用扫描电镜分析了合金的铸态晶粒组织和Al3Ti相的形态、尺寸与分布,研究了Al-7％Ti粉预处理工艺对Al-Cu-Mg-Ti合金铸态显微组织的影响,提出了优化的Al-7％Ti合金粉预处理工艺和加入量.结果表明,固液混合近液相线铸造Al-Cu-Mg-Ti合金的晶粒组织明显细化;合金中的Al3Ti相颗粒基本保持在2～ 10μm,与Al-7％ Ti粉中的Al3Ti相颗粒尺寸相当,且弥散均匀分布在铸态组织中.当钛含量超过1.5％时,即当Al-7％ Ti合金粉的加入量超过21.4％时,对合金晶粒组织的细化作用降低,且粗大的针状Al3Ti相明显增多.     

波浪形流动与冷却过程中Al-18Si-xFe合金的组织形成机理

以细化Al-18Si-xFe合金中强化相为目的,提出了一种波浪形倾倾斜板流变铸造(WSP)制备过共晶Al-18Si-xFe合金的方法,并对合金在波浪形流动与冷却过程中的组织形成机理进行了研究。结果表明,采用WSP流变铸造可以明显改善Al-18Si与Al-18Si-5Fe合金中初生Si、Al18Si10Fe5和Al8Si2Fe相的形貌。随着浇注温度降低和倾倾斜板冷却作用的加强,各相趋于细化和球化。WSP流变铸造过程中合金组织的形成源于3种机制的作用:结晶雨带来的晶核增殖,倾倾斜板强冷却作用下抑制晶体生长和流动剪切作用下的晶体破碎。     

Al-5Mg-2Si-Mn铝合金压铸坯锭SIMA法半固态等温组织演变

研究了不同压铸条件下Al-5Mg-2Si-Mn铝合金压铸坯锭的等温半固态组织演变过程。与重力铸造相比,铸态压铸实验合金的α-Al初始晶粒尺寸细小;且压射压力越大,晶粒尺寸越小,组织中的畸变能越多。研究表明,重力铸造与压铸实验合金的半固态等温组织演变过程相似,但压铸合金的演变进程更快。不同压射压力压铸实验合金坯锭的半固态等温热处理过程中,α-Al晶粒直径与等温时间之间符合关系式 r ?^3=Kt+〖r ?_0〗^3,粗化速率常数 K 随压射压力的增大而减小。对于相同压射压力的压铸合金坯锭,随等温温度的升高,半固态组织的α-Al的晶粒尺寸增大,粗化速率常数 K 减小。在相同等温时间条件下,压铸合金比重力铸造合金等温半固态组织的固相体积分数小,晶粒的粗化速率低。研究确定了实验合金的优化半固态等温处理工艺为620 ℃等温20 min。     

n-SiC_p含量对铸态Mg-9Al-1Si镁合金组织和性能的影响

采用半固态搅拌+超声处理的方法制备了Mg-9Al-1Si合金和Mg-9Al-1Si-xn-SiC_p(x=0, 0.5%,1%,1.5%和2%)复合材料,利用OM、SEM及室温拉伸等方法研究了显微组织与力学性能。研究表明,半固态搅拌与超声处理复合法可以将n-SiC_p引入到Mg-9Al-1Si合金中,并实现较为均匀的分布;当n-SiC_p含量超过1%时,n-SiC_p出现少量团聚。随n-SiC_p含量的增加,Mg-9Al-1Si合金的基体晶粒尺寸减小、Mg_2Si相显著细化,β-Mg_17Al_12相尺寸变小,并且由连续网状分布变为不连续网状分布;随n-SiC_p含量增加,复合材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率呈现先增后减的趋势;n-SiC_p含量为1%时,性能较佳。     

半连续铸造组织的多尺度模拟及半固态合金设计

用多尺度模拟方法研究了半连续铸造过程中微观组织的演变,提出了基于微观组织演变模拟的半固态合金设计方法.针对连续铸造过程建立了温度场及相变模型,通过固相率变化将宏观和介观尺度的计算联系起来;用外推法建立的连续铸造出口处的非物理边界条件对稳态温度场的计算精确高效;通过多尺度模拟研究了合金成分、浇注温度和浇注速度对Al-Cu合金凝固组织及成分分布的影响.结果表明:晶粒以枝晶方式生长,不同取向的相邻晶粒相遇时形成Cu合金含量较高的晶界;当Cu合金含量为8.00%时,铸造速度和浇注温度对组织形貌的影响较小,可获得大小和分布均匀的半固态合金组织.对ZL201合金的近液相线铸造组织的模拟结果与试验结果吻合.研究表明多尺度模拟是半固态合金设计及其工艺参数预测的有效方法.     

超声功率对Mg-3Re-3Zn-0.7Y合金组织和力学性能的影响

如果在铸造过程能够细化含有稀土元素的金属间化合物,那么稀土镁合金在耐热应用方面将具有巨大的潜力。本文研究了半固态制浆过程中不同超声功率的超声振动对Mg-3RE-3Zn-0.7Y合金半固态微观组织以及铸态试样力学性能的影响。试验对液相线以上20~40癈镁合金熔体分别施加超声功率为800W至1200W的超声振动,振动时间为90s,结束超声振动温度为液相线以下10℃左右。结果表明,超声振动可以制备出组织中具有细小圆整的初生α-Mg相的优良半固态浆料,并且经过超声功率为1000W的超声处理后浆料组织中初生α-Mg晶粒的平均晶粒直径和平均形状系数SF分别为55μm和0.63。此外,1000W超声处理的铸件试样比未经超声处理的试样抗拉强度提高了25.2%,伸长率提高了93.5%。可见,声空化效应和声流效应使超声振动成为一种制备具有细小圆整初生晶粒的镁合金半固态浆料的有效途径。     

半固态铸造技术的研究现状

对金属材料热加工的新兴技术──半固态铸造技术的研究现状进行了综述。主要介绍了目前国内外在半固态铸造的原材料──非枝晶组织合金的制备、半固态铸造基础理论研究和工业应用等方面的发展水平。     

结晶过程中合金粉末的加入对Al-Cu合金凝固组织的影响

在固液混合铸造工艺中,将Al-20Cu合金粉末分别加入到Al-20Cu和Al-40Cu合金熔体中制备了合金坯料。采用JSM-6700F扫描电子显微镜对合金坯料的显微组织进行观测。研究结果表明:Al-20Cu粉末加入对粉末周围的Al-20Cu合金基体初生相、共晶组织和二次析出相有明显的细化作用,越靠近未熔粉末,基体中的初生相越细小,共晶组织的片间距越小。固液混合铸造Al-40Cu合金坯料中未熔Al-20Cu合金粉末与基体界面结合良好,表明固液混合铸造工艺中加入的金属粉末的成分范围可以进行扩展。     

海外文献速报

20060201 负压度及涂料透气性对镁合金消失模铸造性能的影响,20060202 Cu-Ni系合金半固态铸造的组织细化,20060203 倾斜冷却板的半固态铸造法,20060204 流变铸造在Al合金缸体中的应用,20060205 半固态压铸新技术的开发．[编者按]     

高压和锰添加对流变挤压成形过共晶Al-Si合金富铁相和力学性能的影响（英文）

研究高压和锰添加对流变挤压成形Al-14Si-2Fe合金富铁相和力学性能的影响。首先,将半固态合金熔体进行超声振动处理,然后挤压成形。结果显示,当挤压力为0 MPa时,无超声挤压成形的Al-14Si-2Fe-(0.4,0.8)Mn合金铸态组织中的富铁相主要由粗大β-Al_5(Fe,Mn)Si相、δ-Al_4(Fe,Mn)_3Si_2相和骨骼状α-Al_(15)(Fe,Mn)3Si_2相组成。在流变挤压成形下,富铁相首先被超声振动细化,然后压力下的凝固使其尺寸进一步减小。在α相的形成过程中发生包晶反应。当合金成分相同时,流变挤压成形试样比无超声挤压成形试样的抗拉强度高;当成形工艺相同时,Al-14Si-2Fe-0.8Mn合金比Al-14Si-2Fe-0.4Mn合金的抗拉强度高。