瞬态形核工艺制备A356合金半固态浆料的研究

采用基于瞬态形核工艺的半固态合金浆料生产装置来制备A356合金半固态浆料,研究熔体温度、制浆通道倾角对浆料组织的影响,探讨瞬态形核工艺中半固态浆料球状初生相的制备机理。结果表明:熔体温度700℃,制浆通道倾角20°以及熔体温度680℃,制浆通道倾角30°~40°条件下,均制备出具有典型半固态形貌的A356合金半固态浆料。熔体温度确定时,在一定范围的制浆通道倾角条件下才能制备出合格的半固态浆料。采用瞬态形核工艺制备合金半固态浆料的晶核来源主要有四方面:一是受制浆通道内壁激冷而瞬时形核;二是附着在制浆通道内壁上的晶核,在熔体流动冲刷作用下进入熔体内部形成游离晶核;三是受激冷形核棒激冷大量形成晶核;四是由于激冷形核棒自身的熔蚀产生大量晶核。     

熔体分散混合法制备半固态浆料

提出一种采用强制均匀凝固技术制备半固态浆料的新方法——熔体分散混合法。该方法通过制浆室内旋转的熔体分散器,将大体积金属液体均匀分散到低温的制浆室筒壁上,形成向下流动的厚度极小的液膜,利用筒壁对其进行冷却,实现熔体的强制均匀凝固。以Al-Si（6．56％Si,质量分数）合金为模型合金,进行浆料制备实验。结果表明：在强制熔体分散条件下,整个熔体中发生异质形核,这些晶核在均匀的温度场中以球状方式生长;经过熔体分散混合法处理,可以将温度为680-630℃、流量为0．2kg／s的熔体均匀过冷到液相线下2～15℃;制备的半固态浆料具有均匀、细小、非枝晶状微观组织,其初生相α（Al）的形状因子1．5左右,等效直径在33～70μm。     

sin函数波形曲线结构参数对半固态铝合金浆料温度场的影响

半固态浆料的制备是半固态加工技术的基础和关键.sin函数冷却法制备半固态金属浆料是一种新型半固态浆料制备方法.利用数值模拟技术,分析了半固态2A12金属浆料流经正弦波形通道时温度场的特点.研究表明,当低过热2A12铝合金熔液流经正弦波形通道时,熔液受到型壁激冷形核,同时液流受到正弦波形约束,发生强烈的自搅拌.     

剪切低温浇注式半固态浆料制备工艺

半固态浆料直接成形的关键技术之一是如何快速获得与触变成形中重熔加热后相近的半固态组织.根据晶粒游离理论,开发了剪切低温浇注式半固态浆料制备工艺,利用具有特殊热交换条件的转动输送管增强熔体凝固初期的散热和搅拌混合程度,使合金在凝固初期形成快速冷却和较强对流的复合作用,快速散去合金熔体的过热,控制合金熔体的形核与生长.铸造铝合金与锻造铝合金的试验表明,剪切低温浇注工艺可高效地制备优质半固态浆料/坯料,用于浆料直接成形/坯料触变成形.     

电磁搅拌对7A04铝合金大体积半固态浆料组织的影响

利用可控温电磁搅拌器对7A04变形铝合金进行了大体积(制浆室dmm一次制浆量5 kg以上)半固态流变浆料制备试验,研究电磁搅拌参数对7A04变形铝合金半固态浆料组织及其径向均匀性的影响。结果表明:在本试验条件下,制浆室0.5处的浆料组织优于制浆室中心和边缘的,随着搅拌频率的增加,制浆室中半固态浆料的组织均匀性降低;较高的搅拌电压和浆料温度下初生αAl)组织较细。搅拌电压为230 V、熔体温度为638℃、搅拌频率为5 Hz时,7A04铝合金大体积半固态浆料组织总体质量最佳,平均等效直径为112μm。     

高能超声波制备铝合金半固态浆料技术的研究

研究了高能超声波制备半固态金属浆料的技术,包括制备工艺流程、非枝晶组织的生成机理,以及典型铝合金半固态浆料的制备工艺与组织.结果表明,采用超声波功率为1.2 kw、频率为20 kHz的钛合金振动头直接振动金属液的条件下,用0.5 min左右的时间制备出铝合金半固态浆料.由于高能超声波在金属熔体中产生的声空化和声流的共同作用,制备出细小、圆整的非枝晶颗粒的半固态浆料.所制备的A390浆料在无P变质条件下初晶si可细化到20μm左右;ZL101浆料的初晶α-Al非枝晶组织较圆整、细小,晶粒尺寸为80 μm左右.     

倾斜管制备半固态浆料工艺研究

利用自主开发的倾斜管制浆工艺制备了A356合金半固态浆料。研究了倾斜管制浆主要工艺参数对半固态浆料非枝晶组织的形成与演变规律的影响，同时利用倾斜管制备了圆形铸锭并研究了铸锭不同部位的显微组织。结果表明，倾斜管制备半固态坯料过程中，倾斜角度一般应控制在40^o～60^o，理想浇注温度在620～660℃。在倾斜管通水冷却条件下，对应不同的浇注温度应用不同的斜管长度，可以获得较为理想的显微组织。在一定的浇注长度范围内，低温浇注更有利于获得近球状晶。铸锭组织逐渐由树枝晶向细小的近球晶演变。     

采用热焓平衡旋转磁场装置制备半固态AZ91D镁合金

通过电磁搅拌的AZ91D镁合金液与通有循环冷却水的铜管间的热交换,控制金属液冷却凝固过程中的热焓平衡,制备了半固态流变成形浆料.将所制得的半固态浆料进行金属型浇注及压铸试验,并与传统电磁搅拌试验获取的试样进行对比,观察并分析其金相组织.结果表明,热焓平衡旋转电磁场装置作用下的金属液温度降至液-固两相区内,在金属液内瞬间产生了大量晶核,这样的金属型铸件及压铸件微观组织呈现球形晶及等轴晶形貌.     

半固态镁合金流变成形技术及装备

研究了镁合金半固态流变成形技术及装备，结果表明，多功能螺纹元件组合的双螺杆制浆装置制备的浆料晶粒细小（10～50μm)，固相率可在5%～50%范围内调整，封闭式加热保温，快开快关控制的浆料存储与输送装置，较好地解决了浆料连续制备与间歇压铸的配套；生产的半固态压铸件，强度提高了20%以上。     

钢铁半固态流变浆料制备与输送装置的研制

没计了一套适合于制备高熔点钢铁材料半固态流变浆料的装置，这种装置不仅能制备含非枝晶状初生固相的半固态流变浆料，而且能将这种半固态浆料输送出来，满足后续的钢铁材料半固态浆料流变轧制的需要。本装置主要由电磁搅拌器、搅拌坩埚预热和保温系统、半固态浆料输送系统和其他辅助结构组成。采用电阻丝加热方法对搅拌坩埚进行预热和保温，控制钢水或铁水在坩埚中的冷却速度；采用旋转磁场型电磁搅拌器对搅拌坩埚中的金属液体进行连续的电磁搅拌，制备出初生相或先析出相为球状或近球状的半固态流变浆料；采用底漏式坩埚和塞杆及其提升机构对半固态流变浆料进行输送，半固态浆料在重力作用下经过搅拌坩埚底部的水口流出。     

半固态金属浆料先进制备技术的研究进展

总结了10多年来半固态金属浆料先进制备工艺的研究和应用现状,分别介绍了压室浆料、双螺旋机械搅拌浆料、低过热度倾斜板浇注浆料、低过热度浇注和弱机械搅拌浆料、连续流变转换浆料、低过热度浇注和弱电磁搅拌浆料、蛇形通道浇注浆料、熔体分散混合浆料、转桶搅拌浆料、波浪倾斜板浇注浆料、旋转倾斜圆筒浆料、超声振动浆料、倒锥形通道浇注浆料、自孕育浆料、偏旋热焓平衡浆料、气泡搅拌浆料、环状电磁搅拌浆料等金属浆料的先进制备工艺及其发展前景。     

半固态金属浆料制备技术的研究进展

总结了30余年来半固态金属浆料制备技术的研究和应用现状,分别介绍了压室浆料制备技术、单螺旋机械搅拌浆料制备技术、双螺旋机械搅拌浆料制备技术、低过热度倾斜板浇注浆料制备技术、低过热度浇注和弱机械搅拌浆料制备技术、连续流变转换浆料制备技术、低过热度浇注和弱电磁搅拌浆料制备技术、蛇形通道浇注浆料制备技术、熔体分散混合浆料制备技术、转桶搅拌浆料制备技术、波浪倾斜板浇注浆料制备技术、旋转倾斜圆筒浆料制备技术、超声振动浆料制备技术、熔体处理和双向电磁搅拌浆料制备技术、低于液相线温度浆料制备技术、偏旋热焓平衡浆料制备技术、气泡搅拌浆料制备技术及其发展前景。     

高效节能制备半固态合金浆料的新工艺

应用高效节能的工艺制备了半固态合金浆料,该工艺采用了低过热度浇注和弱电磁搅拌。研究了主要工艺参数对半固态合金浆料的影响。结果表明,低过热度浇注和弱电磁搅拌工艺可制备满足流变成形所需的半固态合金浆料,浇注温度和搅拌功率显著影响初生α-Al晶粒的形貌和尺寸。通过对合金熔体的弱电磁搅拌,可适当提高低过热度浇注的温度,实现高效和节能的目的。     

环缝式电磁搅拌制浆技术研究及其应用

电磁搅拌技术是最早应用于制备半固态坯料的方法之一,然而集肤效应限制了该技术的进一步发展。提出环缝式电磁搅拌技术旨在破解这一难题。与普通电磁搅拌相比,环缝能避开磁场较低的部分,在环缝内形成的均匀旋转磁场,可以获得均匀的温度场和均匀凝固的细小组织。环缝式电磁搅拌连铸坯组织呈蔷薇状,在铸坯中分布均匀。与普通电磁搅拌相比,环缝式电磁搅拌技术能明显降低宏观偏析和显微偏析。     

铝合金半固态加工技术的应用研究

重点介绍了近年来在铝合金半固态坯料制备方面的研究进展以及在半固态触变成形技术工业应用方面的研究开发工作,如复合电磁搅拌制备半固态浆料、多流电磁搅拌半固态连铸技术、铝合金半固态触变压铸成形、铝合金半固态触变模锻成形等,并就其可能的应用领域及发展状况如难铸造合金的铸造成形、变形合金的直接铸造成形、活塞合金的加工成形、变形铝合金的塑性加工进行了讨论。     

熔体处理对A356合金半固态浆料组织的影响

研究了熔体处理对A356合金半固态浆料组织的影响，结果表明，适当的熔体处理工艺具有一定的生成非枝晶组织的作用，但很难实现半固态浆料的快速制备；“熔体处理＋双向电磁搅拌”复合技术具有较高的浆料制备效率，为流变成形的制浆提供了可能。同时，优化出A356合金的最佳熔体含量（质量分数），即0．6％的Al-5Ti-B和0．4％的A1-10Sr。     

Manufacture technique of semi-solid slurry of hypoeutectic Al-Si alloy by low superheat pouring and weak electromagnetic stirring

Semi-solid metal (SSM) process is a relatively new technology that offers distinct advantages over other near-net-shape casting processes, such as a more homogeneous microstructure, less porosity and segregation, and improved mechanical properties[1-3]. SSM can be divided into thixoforming and rheoforming, in which rheoforming is usually advantageous from the point of view of an energy and cost saving when compared with thixoforming, so rheoforming has been paid attention again by engineers i…     

Research on semi-solid slurry of a hypoeutectic Al-Si alloy prepared by low superheat pouring and weak electromagnetic stirring

The semi-solid slurry of a hypoeutectic Al-Si alloy was manufactured by low superheat pouring and weak electromagnetic stirring. The effects of pouting temperature and stirring power on the semi-solid slurry were investigated. The results indicated that the semi-solid slurry to satisfy rheocasting can be manufactured by low superheat pouring and weak electromagnetic stirring. The pouring temperature （or superheat） and the stirring power remarkably affected the morphology of primary α-Al and the size of primary α-Al, and there is no obvious effect of stirring time on primary α-Al. Compared with the samples made by low superheat pouring with no stirring, the nucleation rate, particle morphology and grain size of primary α-Al in A356 were markedly improved by low superheat pouring and weak electromagnetic stirring. On the condition of weak electromagnetic stirring, the pouring temperature with low superheat can be suitably raised to reach the effectiveness obtained from the lower pouring temperature without stirring.     

PREPARATION STUDY OF SEMI-SOLID 60Si2Mn SPRING STEEL SLURRY

The nondendritic semi-solid slurry preparation of 60Si2Mn spring steel is studied in this paper. The experiments show that when stirred for 2 minutes under the test condition, the semi-solid slurry with 50%-60% fraction solid phase and spherical primary austenite in the size of 100-300μm can be obtained and is easy to be discharged from the little bottom hole of the stirring chamber. The more homogeneous temperature field and solute distribution of the 60Si2Mn spring steel melt appear because of the electromagnetic stirring, which restrains the formation of large primary austenitic dendrites and create a base to form spheroidized structure. The stronger temperature fluctuation in the melt with many rosette primary austenites caused by stirring and the remelting of the secondary arm roots in the same time are the most important reasons for deposition of spheroidized primary austenites.     

MICROSTRUCTURAL FORMATION MECHANISM OF SEMI-SOLID AZ91D ALLOY

With the help of an electromagnetic stirring device and alloy melt quenching technology, the microstntcture of semi-solid AZqlD magnesium alloy slurry stirred by a rotationally electromagnetic fieM was studied and the experimental results are shown as the following. The primary α-Mg grains are refined obviously when the slurry is stirred by a rotational electromagnetic field during continuously cooling and they are eventually changed to fine rosette grains or spherical grains. If the above semi-solid slurty is further stirred isothermally for some time, much more spherical primary α-Mg grains can be obtained. If the melt is first cooled down to a given semi-solid temperature and then starts being stirred by the rotational electromagnetic field, the primary α-Mg dendrites will be large, and a longer time will be taken and a larger stirring power will be needed for the secondary army of the dendrites to be remelted on the roots to prepare an ideal semiolid slurry. Theoretical analysis indicates that the strong flow motion leads to a more even temperature field and a solute field and stronger man-made temperature fluctuation in the AZglD magnesium alloy melt so that the spherical primary α-Mg grains are increased in the slurry. Moreover, all the measures promoting the temperature fluctuation will be favorable to the formation of spherical primary α-Mg grains and all the factors increasing the arm＇s root remelting difficulty will be favorable to the formation of rosette-type primary α-Mg grains.