流变成形浆料制备技术发展动向及其对策

提出了流变成形对半固态浆料的质量要求，归纳了与流变成形相应的半固态浆料制备新工艺。指出半固态金属流变成形的关键技术为如何快速获得理想的等轴非枝晶半固态组织，固相率、晶粒形状、晶粒尺寸和粘合度是表征半固态浆料的主要指标。介绍了低转速输送管控制浇注制备半固态浆料的新工艺，半固态组织的主要指标可达到：①形状因子1．08～1．36；②固相率20％～60％；③晶粒平均直径40～100／μm；④固相体积粘合度小于0．22。介绍了等轴非枝晶形成机理的研究现状，指出微观组织数值模拟技术是研究等轴非枝晶形成机理的新趋势、新思路，采用元胞自动机模拟技术对其进行了初步研究。     

熔体处理温度对自孕育法制备AZ61半固态浆料的影响

采用自孕育法制备AZ61变形镁合金半固态浆料,研究了熔体处理温度对制备AZ61变形镁合金半固态浆料的影响。结果表明,自孕育铸造法制备AZ61半固态浆料在液相线以下凝固成形,可以获得近球状的初生相。适宜的熔体处理温度为700℃,对应的平均晶粒尺寸为39.8μm。熔体处理温度过低时,组织中的树枝晶减少的同时细小的近球状晶增多,但是其晶粒尺寸大小分布不均匀。熔体处理温度过高时,组织中树枝晶增多,晶粒平均尺寸显著变大。     

流变凝固理论与随流半固态成形技术(SSMF)

基于半固态流变铸造过程中流变与凝固强耦合的特点，提出了流变碰撞形核和流变合并长大的流变凝固理论。理论认为，在强烈流动条件下，经典的结构起伏形核理论不再适用，液态金属中原子团簇(晶胚)间的碰撞合并形核成为主要形核机制，流变形核率是经典结构起伏形核率和流变碰撞形核率之和；在强烈流变条件下，初生固相之间接触碰撞，进而合并粗化长大是流变成形过程初生相长大与演变的主要机制。基于该流变凝固理论，提出了随流半固态铸造技术(SSMF)。该技术包括半固态熔体的流变制备、流变充型和流变凝固成形3个基本步骤。液态金属在流变充型的过程中随流形核和长大，并在随后的半固态成形过程发生演变和剩余液相的凝固。实现了浆料制备与工件的半固态成形制造无缝连接，能够从根本上解决半固态浆料制备、输送与充型过程的氧化、吸气等问题，是材料制备与成形一体化的零件成形新技术。     

剪切/振动耦合作用下连续流变轧制成形A2017合金组织演化及动态凝固(英文)

将振动倾斜板制浆技术与轧制技术有机结合,开发新型连续流变轧制成形技术,利用该技术制备A2017合金板材。研究连续流变轧制成形过程中A2017合金组织演化及动态凝固行为。结果表明,在振动倾斜板制浆过程中,由于倾斜板的强冷却及振动作用,熔体内部形核率较高,晶粒有两种长大方式:一是直接球形长大,二是先枝晶生长然后断裂球化,因此促进了球形晶和玫瑰晶的形成。在半固态浆料轧制过程中晶粒被拉长。随着浇注温度升高,晶粒尺寸逐渐变大。当浇注温度为650660°C时,可以制备表面形貌和内部组织较好的A2017合金板材,其内部组织主要由球形晶和玫瑰晶组成。     

低熔点合金半固态流变成形工艺开发应用研究

利用金属浆料通过旋转的内外筒之间的缝隙形成剧烈剪切应力场作用的原理,自行开发了一种新型的低熔点轻质合金半固态浆料制备与直接流变成形装置.通过以Sn-15Pb合金、Mg-30Zn合金和AZ91镁合金为原料,进行半固态浆料制备并直接近终成形的试验,得到晶粒细小、组织均匀的半固态加工产品,说明新开发的流变成形装置的实用性和可行性.本装置的开发对半固态加工成形技术的工业应用提供了一个新思路.     

制浆-成形分离式铝合金流变成形技术

采用自主研制的双向多级速电磁搅拌装置、浆料转移工具和涂料、阶梯板流变性能试件和半固态合金压铸模具,开发出一种半固态合金浆料制备系统与工件成形系统分离的铝合金流变成形技术。结果表明:该技术可在20～25 s内制备出形状因子为0.85左右,晶粒尺寸为70～80μm(空冷尺寸)的A356合金半固态浆料,实现制浆设备与成形设备“一对一”配套;可在浆料温度下降不超过3℃的情况下,实现合金浆料从制备系统到压铸机压室的平稳输送;试件的抗拉强度和伸长率分别比液态压铸提高11.6%～18.2%和42.5%～50%;该流变成形技术与传统的成形技术衔接简便。     

制浆-成形分离式铝合金变成形技术

采用自主研制的双向多级速电磁搅拌装置、浆料转移工具和涂料、阶梯板流变性能试件和半固态合金压铸模具,开发出一种半固态合金浆料制备系统与工件成形系统分离的铝合金流变成形技术.结果表明:该技术可在20～25 s内制备出形状因子为0.85左右,晶粒尺寸为70～80 μm(空冷尺寸)的A356合金半固态浆料,实现制浆设备与成形设备"一对一"配套;可在浆料温度下降不超过3℃的情况下,实现合金浆料从制备系统到压铸机压室的平稳输送:试件的抗拉强度和伸长率分别比液态压铸提高11.6%～18.2%和42.5%～50%;该流变成形技术与传统的成形技术衔接简便.     

LSPSF流变铸造工艺及其应用

以铝合金流变成形应用基础研究为着眼点,主要介绍了南昌大学近几年在半固态浆料快速制备、半固态组织形成机理、半固态浆料直接成形技术及成形件的热处理强化等3个方面的工作,以推动流变成形技术在我国工业中的应用。     

半固态A356铝合金流变挤压铸造工艺

将剪切低温浇注式半固态流变制浆方法(LSPSF)与直接挤压铸造工艺相衔接,开发了一种浆料制备与零件成形相分离的流变成形系统;在YB32-300型四柱万能液压机上成功进行了铝合金弹壳体(深筒薄壁件)流变挤压铸造试验,并研究了成形件不同部位的显微组织.结果表明,新开发流变成形系统可以解决定量浇注与浆料输送问题,获得表面品质优异的成形件,且工艺流程简单,浆料成形性能良好.由于所受压力分布不均匀,成形件内部不同部位的显微组织存在差距.在零件的横断面,中部固相近球形颗粒数目增多,靠近零件内表面边缘的固相近球形颗粒数目减少,树枝晶数量明显增多.而底部显微组织与半固态浆料成形前的显微组织基本一样.     

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。     

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。     

机械搅拌制备半固态浆料固相颗粒形貌的研究

采用自行研制开发的新型转简式流变成形设备，通过改变不同的制浆工艺参数，研究半固态组织中固相颗粒的形貌特点，并对形成半固态固相颗粒的机理和固相颗粒的三维形貌进行了探讨？研究结果表明，在相同剪切速率条件下，连续冷却条件制备的半固态颗粒的形貌要比恒温条件的好，颗粒的圆整度高、尺寸小且均匀。机械搅拌作用下标准半固态固相颗粒的三维形状初步断定主要是近似椭球形。     

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。     

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.     

机械振动法制备铝合金半固态浆料的研究

研究了利用机械振动法制备铝合金半固态浆料的新工艺。首先进行水模拟实验，研究机械振动条件下容器中液体的对流运动情况，然后进行振动制备ZL101铝合金半固态浆料实验，获得了初生晶粒细小、圆整度好的半固态浆料。实验选取振动频率（振幅）和保温时间两个参数，研究了它们对晶粒形状系数以及晶粒尺寸的影响规律。结果发现，初生晶粒的形状系数随着保温时间的延长，先是有所增大，然后由于晶粒的合并长大而下降；振动的振幅越大，晶粒越圆整，形状系数越大。初生晶粒的尺寸随着振幅的增大而减小，随着保温时间的延长而增大。     

阻尼冷却管法制备A356铝合金半固态浆料的研究

介绍了阻尼冷却管法制备A356铝合金半固态浆料工艺的试验装置及其工艺流程,在不同浇注温度下进行了系列试验,并与冷却斜槽法进行了对比分析。结果表明,浇注温度越低,浇注的铸件晶粒尺寸和形状因子数值就越小,晶粒球化程度越高。与冷却斜槽法相比,同一工艺参数下阻尼冷却管法制备的铸件晶粒更为细小和圆整。     

Effects of processing parameters on microstructure of semi-solid magnesium alloy

In this paper, the effects of pouring temperature of magnesium melt, preheating temperature of the barrel of the screw mixer, and shear rate on the solidified microstructures of semi-solid slurry were investigated by a mechanical stirring semi-solid process. The appropriate processing parameters of slurry preparation were obtained, and the mold filling ability of semi-solid slurry for thin-walled casting was examined. Results indicate that the solid volume fraction of non-dendritic microstructure increases with a decrease in pouring temperature of magnesium melt and the barrel preheating temperature of the screw mixer. Also the grain size of primary α-phase is reduced. Furthermore, the solid volume fraction of semi-solid nondendritic structure decreases with an increase of shear rate. The fine and round granular microstructure with 30～50 μm in size of semi-solid AZ91D magnesium alloy was presented. Finally, a 1.0 mm thin-walled casting with a clear contour and good soundness was successfully made by semi-solid rheo-diecasting.     

转动输送管制备半固态A380浆料研究

采用转动输送管流变制浆工艺生产A380,获得了符合金属半同态加工要求的细小、近球状的非枝晶组织.主要考查了不同的浇注温度和输送管转动速度对合金微观组织形成过程的影响.结果表明,采用转动输送管技术可以制备具有良好组织的A380合金半固态浆料,适量提高输送管转动速度或降低浇注温度,半固态组织的同相颗粒会变得细小、均匀和圆整.     

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.     

半固态SCN-5H2O模型合金流变性与组织特征的耦合分析研究

采用旋转流变仪研究了剪切速率和不同工艺(连续冷却和重熔加热)对半固态SCN-5H2O(摩尔分数,％)透明模型合金流变性与微观组织的耦合影响规律.结果表明,剪切速率的跃变升高会导致合金熔体的表观黏度呈现出暂态的剪切稠化和稳态剪切稀化现象.而随着剪切速率的增加,相应的组织呈现出非枝晶颗粒尺度逐渐减小,团聚体的分布更加分散的...