自孕育法流变压铸AZ91D镁合金微观组织特征

采用一种新的自孕育法制备AZ91D镁合金半固态浆料,研究了AZ91D镁合金半固态浆料的流变压铸成形,并对半固态浆料和压铸件的微观组织进行研究分析。结果表明,自孕育法可以制备出组织细小、均匀的半固态浆料。将自孕育法制备半固态浆料短时保温后,浆料中初生α(Mg)内部没有液相夹裹,平均晶粒尺寸为70.4μm;在增压压力为180 MPa,压射充型速度在2~5 m/s内,经585℃保温10 min的AZ91D镁合金半固态浆料能顺利进行流变压铸,能够改善AZ91D镁合金铸件的微观组织,获得性能良好的半固态压铸件。     

浇注温度和缸体温度对AZ91D镁合金流变注射成形件组织及力学性能的影响（英文）

介绍一种先进的集金属熔化、储存、浆料制备、浆料输送和注射成形于一体的流变注射成形机,并使用该设备生产一批AZ91D镁合金流变注射成形件。研究浇注温度和缸体温度对AZ91D镁合金流变注射成形件组织和力学性能的影响规律。结果表明,流变注射成形工艺可以成功获得初生α-Mg颗粒细小、圆整、均匀分布于基体组织中的AZ91D镁合金成形件。随着浇注温度的下降,初生α-Mg形貌由粗大的蔷薇状逐渐转变为细球状。随着缸体温度的降低,初生α-Mg颗粒的尺寸先下降,之后基本保持不变,其球形度和固相率不断提高。同时,适当地降低浇注温度或缸体温度可以细化α-Mg颗粒和降低孔隙率,这有助于流变注射成形件力学性能的提高。另外,AZ91D镁合金流变注射成形件在力学性能上优于触变注射成形、流变压铸成形和高压铸造。与高压铸造相比,AZ91D镁合金流变注射成形件的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高了27.8%、15.7%和121%。     

工艺参数对气泡搅拌法制备AZ91D镁合金半固态浆料显微组织的影响（英文）

采用气泡搅拌法制备AZ91D镁合金半固态浆料,研究工艺参数变化,包括气体流量、冷却速率和搅拌结束温度,对AZ91D镁合金半固态浆料显微组织的影响规律。结果表明:随着气体流量从0升高至5L/min,α-Mg初生相平均颗粒尺寸从119.1μm降至77.2μm,而平均形状因子从0.1升高至0.596,气泡搅拌中非枝晶初生相来自于枝晶破碎和熔体形核;随着冷却速率从3.6℃/min升高至14.6℃/min,α-Mg初生相平均颗粒尺寸从105.0μm降至68.1μm,而平均形状因子在冷却速率为9.1℃/min时达到最高,过高或过低的冷却速率都会导致初生相的枝晶生长;搅拌结束温度从590℃升至595℃对最终的AZ91D镁合金半固态浆料显微组织无明显影响,这是因为半固态浆料中已经形成了足够数量的初生相。     

电磁搅拌参数对半固态AZ91D镁合金组织的影响

利用自制的电磁搅拌装置和淬火技术,主要研究了电磁搅拌频率为50Hz下的搅拌参数对连续冷却条件下AZ91D镁合金组织的影响规律.在本试验条件下,当电磁搅拌频率小于50 Hz时,随着电磁搅拌频率的升高,半固态AZ91D镁合金浆料或坯料组织中的球状初生α-Mg越来越多,其形态更加圆整、分布更趋均匀;当电磁搅拌频率达到或高于50 Hz时,半固态AZ91D镁合金浆料或坯料的组织比较理想.当电磁搅拌功率增大时,半固态AZ91D镁合金熔体中的蔷薇状初生α-Mg会受到更加强烈的附加温度起伏,促使蔷薇状初生α-Mg枝晶臂根部的熔断,形成越来越多的球状初生α-Mg,而且初生α-Mg越来越圆整.在电磁搅拌制备半固态AZ91D镁合金浆料或坯料时,较低的冷却速率有利获得较理想的半固态组织.     

电磁搅拌参数对半固态AZ91D镁合金组织的影响

利用自制的电磁搅拌装置和淬火技术,主要研究了电磁搅拌频率为50Hz下的搅拌参数对连续冷却条件下AZ91D镁合金组织的影响规律.在该试验条件下,当电磁搅拌频率小于50Hz时,随着电磁搅拌频率的升高,半固态AZ91D镁合金浆料或坯料组织中的球状初生α-Mg越来越多,其形态更加圆整,分布更趋均匀;当电磁搅拌频率达到或高于50Hz时,半固态AZ91D镁合金浆料或坯料的组织比较理想.当电磁搅拌功率增大时,半固态AZ91D镁合金熔体中的蔷薇状初生α-Mg会受到更加强烈的附加温度起伏,促使蔷薇状初生α-Mg枝晶臂根部的熔断,形成越来越多的球状初生α-Mg,而且初生α-Mg越来越圆整.在电磁搅拌制备半固态AZ91D镁合金浆料或坯料时,较低的冷却速率有利于获得较理想的半固态组织.     

冷却条件对超声振动法制备AZ91半固态浆料组织的影响(英文)

利用超声振动法制备AZ91合金半固态浆料,在不同温度区间和冷却速率下对熔体进行超声处理,研究冷却条件对AZ91半固态浆料微观组织的影响。结果表明:在形核阶段,熔体在超声振动引发的空化和声流效应作用下,能够获得细小、近球状的初生α-Mg固相颗粒;在固液相线温度区间内,随着超声温度下限的降低,半固态浆料的固相率和固相颗粒的平均尺寸增加;在超声振动过程中,随着冷却速率的提高,半固态浆料的固相率增大,固相颗粒的平均形状因子降低。在本实验条件下,适宜的超声振动温度区间为605°C到595°C或590°C,合适的冷却速率为2~3°C/min。     

机械搅拌法制备半固态镁合金的组织及性能研究

采用AZ91D镁合金为试验原料,以本课题组自行研制的新型半固态浆料制备与直接流变成形装置为试验设备,研究不同温度、剪切速率下半固态组织的变化规律和不同的成型工艺对其力学性能的影响.研究表明:制备浆料的温度相对越低,剪切速率越大,固相率越高,固相颗粒越细小、均匀、圆整;在3种成型工艺中,半固态挤压铸造的综合力学性能相比来说最好,半固态普通铸造次之,铸态普通铸造最差.     

工艺参数对半固态镁合金表观粘度的影响

通过制备AZ91D镁合金半固态浆料,研究不同剪切速率、固相分数和搅拌时间对半固态镁合金AZ91D表观粘度的影响。结果表明,半固态镁合金表观粘度的大小随固相分数的增加而增加,随剪切速率的增大和剪切时间的延长而降低。在剪切温度570℃左右,其相对应的固相分数fs=0．41时较适合镁合金的半固态流变成形。剪切速率越大,合金浆料到达稳态的时间越短。     

半固态AZ91D镁合金初生相的三维重构

选取AZ91D镁合金,通过摆振超声振动(LAO-UV)制备镁合金半固态浆料,选取一个试样,通过连续切片技术得到一系列连续的金相图片,利用Mimics软件研究半固态镁合金初生相的空间结构、空间排布及尺寸大小等。与二维金相组织相比,三维定量表征能够更加全面和真实的显示材料内部组织的数据信息,并且通过三维结构分析得出在浇注温度为620℃时,经转管摆振和超声的共同作用有利于其初生相向球晶转变。     

连续冷却条件下半固态AZ91D镁合金组织及流变特性

在自行设计的Couette型同轴双桶流变仪上对半固态AZ91D镁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，连续搅拌半固态AZ91D镁合金浆料的表面粘度随固相分数的增大先缓慢而后迅速增大。此外，冷却速率和剪切速率也都显著影响半固态AZ91D镁合金浆料的表面粘度，降低冷却速率和增大剪切速率，都将导致表观粘度下降，显微组织观察表明，降低冷却速率和增大剪切速率都有利于固相颗粒形态向非枝晶形态转变，从而导致表观粘度的降低。     

Semisolid continuous casting of AS41B magnesium alloy using inclined cooling plate

Abstract

One new casting topic is semisolid casting technology. It requires solid–liquid coexistence in slurry containing fine and globular crystals surrounded by liquid metal. The authors have made such the slurry using an inclined cooling plate and continuously cast AZ91 and AZ31 magnesium alloys. The factors that influence the best slurry with fine and globular crystals are the casting temperature and the length and inclination angle of the cooling plate. This investigation describes the best casting and cooling plate conditions to make semisolid slurry of AS41B magnesium alloy. The best conditions are then applied to produce continuous casting billets of AS41B magnesium alloy using an inclined cooling plate and a horizontal continuous casting machine. A 60 mm diameter AS41B billet was successfully obtained, and globular crystals (average size 57 μm) appear in the microstructures.     

The effect of rare earth elements on the kinetics of the isothermal coarsening of the globular solid phase in semisolid AZ91 alloy produced via SIMA process

In the present study, the effects of rare earth (RE) elements on the microstructure and coarsening kinetics of the solid globular particle in the semisolid slurry of AZ91 magnesium alloy have been studied at 570 °C and 580 °C. The results showed that the coarsening kinetics of the solid globular particles in semisolid slurry of AZ91 alloy satisfies the Ostwald ripening theory. It was shown that the coarsening rate of the solid particles decreases by adding RE elements into AZ91 alloy, specially at 580 °C, which results in the smaller particles size. It was attributed to the solid–liquid interfacial energy reduction due to the addition of RE elements.     

Rheo-diecasting of AZ91D magnesium alloy

A rheo-diecasting process (RDC) was investigated for semisolid processing of an AZ91D magnesium alloy. The results of the RDC samples in as-cast state indicate that the microstructure of primary α-Mg particles has a fine size, nearly spherical morphology, and uniform distribution throughout the components. Due to the advanced microstructure and reduced level of defects, the RDC AZ91D Mg alloy exhibits an apparent improvement in mechanical properties. The quantitative metallographic investigations reveal that increasing the intensity of forced convection during the slurry preparation results in a promoted nucleation and reduced volume fraction of the primary phase solidified in the slurry maker.     

流变压铸成形镁合金AZ91D的显微组织与性能

采用双螺杆机械搅拌法制备半固态镁合金浆料,对比研究了液态压铸与半固态流变压铸成形镁合金AZ91D的组织与性能,探讨了半固态成形镁合金铸件的热处理强化机制.试验结果表明,流变压铸成形铸件与液态压铸成形铸件在铸态时的力学性能相当;由于半固态成形减轻了铸件内部气孔、偏析等铸造缺陷,因而T4和T6热处理均明显地提高了半固态成形镁合金铸件的力学性能.研究还得出,液态压铸成形镁合金铸件经过固溶处理之后,其抗拉强度和伸长率也有所提高,但是,时效处理明显地恶化了铸件的力学性能.     

半固态AZ91D镁合金压铸过程的数值模拟

采用机械搅拌方式研究了半固态AZ91D合金的流变特性,并根据实验数据,拟合出剪切速率为238s-1时,半固态AZ91D合金的固相体积分数和表观粘度之间的关系式。从流体力学的角度,采用数值技术对半固态AZ91D镁合金的压铸过程进行了研究。数值模拟结果表明,半固态浆料温度为550℃、模具温度为300℃、压铸速度为1m/s时,该文所设计的压铸件的压铸过程能很好地进行。同时,该研究工作能为分析压铸成形过程提供有益的信息。     

镁合金半固态流变充型过程数值模拟

利用所建立的流场、温度场耦合半固态表观粘度的三维数学模型,分析了镁合金及半固态镁合金AZ91B在不同充型速度时的流变特性。结果表明:具有伪塑性体及宾汉体特征的半固态流体,在相同充填条件下,具有充填过程平稳、卷气少等特征,从而可减少液态金属充型时遇到的常见缺陷。半固态材料铸造技术为解决铸件内部缺陷,调整成形工艺,提高产品质量提供了一种新方法。     

流变铸轧AZ91D镁合金半固态组织演变特点

采用旋转管浇注法制得AZ91D镁合金半固态浆料,在水平双辊铸轧机上进行了流变铸轧试验研究,对铸轧前后组织的特点进行了分析比较.结果表明,铸轧可使初晶更加圆整,620 ℃浇注温度下,静置时间短,铸轧对初晶圆整化效果更加显著;铸轧后初晶尺寸略微减小,分布更加均匀;铸轧后薄板面上的初晶晶粒密度低于半固态浆料的晶粒密度,620 ℃浇注温度下,铸轧后晶粒密度显著下降.     

温度对AZ91D镁合金初期大气腐蚀行为的影响

采用金相显微镜、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X-射线衍射（XRD）研究温度对AZ91D镁合金初期大气腐蚀的影响,并且分析了AZ91D镁合金在不同温度的大气环境中的腐蚀形貌和腐蚀产物。试验结果表明：镁合金在20℃大气环境中的腐蚀增重随时间变化较小,30℃大气环境中的腐蚀增重在196h后加速,腐蚀428h后镁合金在30℃大气中的腐蚀增重约为20℃的2倍。20℃和30℃大气环境中的腐蚀产物主要以胞状形态生长,胞状产物表面附着大量的针状产物。随温度升高,初期腐蚀速率提高,腐蚀产物覆盖率增加。     

阻尼冷管法制备半固态浆料过程的数值模拟与参数优化

介绍了一种制备半固态浆料的新工艺———阻尼冷管法(DCT),利用流体分析软件FLOW3D对AZ91D镁合金在阻尼冷管中的制备过程进行三维数值模拟,获得了制备半固态浆料过程中金属的流动规律,并得出了压头高度、楔形形状及缝隙大小对合金熔体流动及制备出的半固态浆料均匀程度的影响规律,从而为DCT模具的设计及工艺参数的优化提供有效的理论指导。     

半固态AZ91D镁合金流动性的研究

根据金属凝固理论,建立了半固态镁合金流动性的计算模型,采用该模型预测了半固态AZ91D镁合金的充型能力.结果证实,预测结果与试验结果相吻合.通过流动性试验,对半固态AZ91D镁合金的充型能力进行了研究.结果表明,剪切后的半固态镁合金浆料的充型能力明显要比未经剪切的镁合金浆料的充型能力好.随着充型温度降低,剪切前后镁合金浆料充型长度增加值逐渐增大,而随着充型温度的继续降低,剪切前后的充型长度的增加值又逐渐降低.半固态镁合金在560～570℃时充型长度增加值最大.