2024铝合金筒形件流变挤压铸造研究

目的以2024铝合金为例,研究变形铝合金流变挤压铸造成形件的组织和力学性能,探讨采用流变挤压铸造的方法成形高性能变形铝合金结构件的可行性。方法采用机械搅拌法制备了2024铝合金半固态浆料,采用不同机械搅拌温度和时间进行半固态浆料的制备,并对半固态浆料进行流变挤压铸造。研究了机械搅拌温度和搅拌时间对筒形件组织和力学性能的影响。结果成功制备出了2024铝合金筒形件。随着机械搅拌温度和搅拌时间的提高,筒形件的微观组织能得到细化,同时组织中固液相分布更加均匀,因此筒形件的力学性能也有所提高。结论对变形铝合金2024采用半固态流变挤压铸造进行成形的方法是可行的。半固态浆料最佳制备工艺参数为625℃时机械搅拌25 min,在此工艺参数下,流变挤压铸造2024筒形件的抗拉强度可达264 MPa。     

A356铝合金半固态流变挤压铸造工艺研究

本文介绍了一种新型的成形工艺-半固态流变挤压铸造,并对铝合金弹壳体（深筒薄壁件）进行了试验,研究了成形件不同部位的显微组织。结果表明：该成形工艺工艺流程简单,成形件表面品质优质。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有差距。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,液相数量明显增多。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。     

双螺杆机械搅拌半固态镁合金的组织与性能

采用双螺杆机械搅拌制浆机和半固态流变压铸成形工艺制备AZ91D镁合金半固态浆料,研究了材料性能与微观组织之间的关系．结果表明,随着镁液的浇注温度或搅拌机简体温度的降低,半固态浆料的固相率越高,初生α-Mg相晶粒变得更细小和圆整,简体温度比镁液浇注温度的影响更显著．当浆料固相率控制在30％-45％时,半固态流变压铸成形镁合金铸件具有较高的抗拉强度和延伸率;随着晶粒平均尺寸的增加,材料的力学性能逐渐降低．提出了高剪切速率下流变压铸成形非枝晶组织的形成机理．     

挤压速率对流变挤压铸造铜合金轴套零件组织和力学性能的影响

采用流变成形技术,采取冷轧-重熔的应变诱导熔化激活法(SIMA)制备流变浆料,研究挤压速率对流变挤压铸造ZCuSn10P1铜合金轴套零件组织和力学性能的影响,探讨ZCuSn10P1铜合金充型流动过程中固液两相的演变规律。结果表明:在成形比压为250 MPa,挤压速度为15 mm/s时,流变挤压铸件的组织较均匀,固液协同流动性最好。此时,抗拉强度达到最大值371.1 MPa,延伸率为8.43%,与液态挤压铸件相比,其抗拉强度、延伸率分别提高了57.3%、78.7%。在流变挤压铸造ZCuSn10P1铜合金轴套零件过程中,不仅垂直方向上存在液相偏析现象,且在水平方向上也会出现液相偏析现象。     

连续冷却搅拌A2017半固态合金流变行为研究

采用回转式熔体物性综合测试仪测定了A2017合金半固态浆料在连续冷却搅拌条件下的表观黏度变化,对其组织变化进行分析,研究了连续冷却搅拌条件下A2017合金半固态浆料的流变行为.实验结果表明,连续冷却搅拌条件下,A2017合金半固态浆料的表观黏度随固相率的增大而增大;在固相率一定的情况下,降低冷却速度或增大剪切速率,均导致表观黏度降低.显微组织观察表明,半固态浆料的流变行为与其微观组织结构有很强的关联,降低半固态浆料温度,浆料固相颗粒含量增加,表观黏度增大;降低冷却速度或增大剪切速率有利于半固态浆料固相颗粒形态向非枝晶形态的转变,因而半固态浆料表观黏度降低,流动性好.     

半固态组织对Sn-52Bi合金塑性与熔化潜热的影响

在150℃下对半固态亚共晶Sn-52Bi浆料分别进行5,10和15 min的机械搅拌,采用真空吸铸水冷制备出半固态Sn-Bi合金,测试了半固态Sn-Bi合金的组织、力学与热性能,研究剪切力对半固态浆料组织演变的影响,探索半固态合金延伸率与熔化潜热的关系。结果表明:对Sn-52Bi半固态浆料进行机械搅拌,剪切力可抑制树枝状初生Sn相的形成,真空吸铸水冷得到的合金组织由非树枝状的初生Sn相和共晶体构成;随着搅拌时间的延长,短锤状初生Sn相转变为直径约20μm的近球状,搅拌时间延长至15 min时球状初生Sn相直径变小但出现团聚。当搅拌速度为320 r/min,机械搅拌时间为10 min工艺得到半固态Sn-Bi合金延伸率为46.75%,与180℃下的合金熔液直接水冷凝固相比提高了160%;差式扫描量热分析(DSC)得出:不同机械搅拌时间半固态Sn-52Bi合金的峰值温度为140℃,随着合金延伸率升高,合金的熔化潜热减小。     

AlSi7MgBe合金的半固态挤压成形

对采用近液相线半连续铸造技术制备的AlSiTMgBe合金坯料进行半固态挤压成形,通过组织与性能的分析,研究了AlSi7MgBe合金的半固态挤压成形性.结果表明:用近液相线半连续铸造技术制备的AlSiTMgBe合金坯料具有均匀,细小的蔷薇状组织,在575℃对其二次加热可获得稳定的、适合于半固态触变成形的球化组织,进行半固态挤压成形可获得表面光洁,组织细小,分布均匀的成形件,在540℃固溶5 h然后175℃时效10 h处理,其抗拉强度为325 MPa,伸长率为14.6%,表明具有良好的半固态挤压成形性.     

电磁搅拌的半固态60Si2Mn钢流变轧制的组织特征

为了研究半固态钢铁材料轧制成形工艺，采用60Si2Mn弹簧钢作为实验材料，对其进行1道次的半固态轧制变形，研究了半固态浆料轧制前、后的组织变化，明确了在轧制变形区中半固态浆料的组织变化特征，研究结果表明：经1道次半固态轧制变形后，半固态浆料的组织得到明显改善，同时半固态浆料中的液、固相产生分离，固相颗粒大多聚集在轧制的中间区域，液相主要流向轧件的边部而导致液相偏析，使轧制产品的边部和中部的组织分布不同；当固相率达到一定值时，固相颗粒才发生塑性变形，被压扁拉长。     

Semi–solid thixo-extrusion of AlSi7MgBe alloy

对采用近液相线半连续铸造技术制备的AlSi7MgBe合金坯料进行半固态挤压成形, 通过组织与性能的分析, 研究了AlSi7MgBe合金的半固态挤压成形性. 结果表明: 用近液相线半连续铸造技术制备的AlSi7MgBe合金坯料具有均匀、细小的蔷薇状组织, 在575℃对其二次加热可获得稳定的、适合于半固态触变成形的球化组织, 进行半固态挤压成形可获得表面光洁, 组织细小、分布均匀的成形件, 在540℃固溶5 h然后175℃时效10 h处理, 其抗拉强度为325 MPa, 伸长率为14.6%, 表明具有良好的半固态挤压成形性.     

7075铝合金半固态浆料制备及流变压铸工艺研究

目的研究搅拌速度和搅拌时间对ACSR工艺制备的7075铝合金半固态浆料组织的影响,研究和比较传统压铸与流变压铸7075铝合金的组织与性能。方法通过改变搅拌速度和搅拌时间制备7075铝合金半固态浆料,取料水淬获得半固态坯料,将剩余浆料进行流变压铸,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、万能试验机等研究了试样的微观组织、拉伸性能与断口形貌,探究搅拌速度和搅拌时间对7075合金半固态浆料组织的影响,同时研究与比较传统压铸与流变压铸7075铝合金的组织性能。结果在一定范围内提高搅拌速度和搅拌时间有利于α1-Al的细化与球化,与传统压铸7075铝合金相比,流变压铸合金具有更优异的力学性能,T6热处理后,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为547 MPa、494 MPa和3.2%。结论 ACSR工艺可制备出组织细小圆整的7075铝合金半固态浆料,且流变压铸可改善7075铝合金力学性能。     

Formation and Evolution of Non-dendritic Microstructures of Semi-solid Alloys Prepared by Shearing/Cooling Roll Process

The shearing/cooling roll （SCR） process was adopted to prepare semi-solid A2017 alloy. The formation and evolution of non-dendritic microstructures in semi-solid A2017 alloy were studied. It is shown that the microstructures of semi-solid billets transform from coarse dendrites into fine equiaxed grains as the pouring temperature of molten alloy decreases o.r roll-shoe cavity height is reduced. From the inlet to the exit of roll-shoe cavity, microstructure of semi-solid slurry near the shoe surface is in the order of coarse dendrites, degenerated dendrites or equiaxed grains, but fine equiaxed grains are near the roll surface. Microstructural evolution of semi-solid slurry prepared by SCR process is that the molten alloy nucleates and grows into dendrite firstly on the roll and shoe＇s surface. Under the shearing and stirring given by the rotating roll, the dendrites crush off and disperse into the melt. Under the shearing and stirring on semi-solid slurry with high volume fraction of solid, the dendrite arms fracture and form equiaxed grain microstructures.     

半固态铜合金单向压缩变形本构模型研究

利用Gleeble-1500D热/力模拟试验机对半固态ZCuSn10铜合金坯料进行了单向压缩实验,研究了变形温度、应变速率对其真应力-应变曲线的影响规律,通过对真应力-应变曲线的回归分析,获得了半固态ZCuSn10铜合金的本构关系模型。结果表明,在其他变形条件相同的情况下,随着应变速率的增加,流变应力增加。随着变形温度的升高,流变应力降低。变形温度和应变速率相同时,随着应变量的增加,流变应力先快速增加,然后缓慢降低。半固态ZCuSn10铜合金流动本构模型可以用包含流变应力、应变速率、应变量、温度和液相率等参数的分阶段方程来描述。     

半固态ZL201合金本构关系研究

采用Gleeble 3800热模拟试验机对液相线铸造获得的ZL201合金半固态坯料进行了不同工艺参数下的热模拟试验,并进行了变形抗力本构方程拟合,以此为基础根据Stefan方程确定了幂律模型中的表观粘度等参数.采用商用仿真软件ANYCASTING对汽车发动机支架进行了触变压铸过程数值模拟分析,获得了ZL201合金的半固态充填流动特征响应.结果表明:半固态表观粘度随剪切速率增大而下降,在充型过程中呈现剪切变稀的触变成形特点,半固态浆料将以层流方式充填型腔,可获得充型完好的半固态压铸零件.     

SCR技术半固态制浆及组织形成机理

采用单辊搅拌冷却技术(Shearing-Cooling-Rolling,简称SCR)制备A2017合金半固态浆料,对SCR工艺参数对半固态浆料组织的影响以及组织形成机理进行了研究.结果表明,熔体浇注温度和辊靴型腔高度对半固态浆料组织的影响显著,降低熔体浇注温度或减小辊靴型腔高度,半固态浆料组织从粗大的枝晶和菊花晶转变为细小的等轴晶或球形晶.组织形成机理分析表明,熔体首先在工作辊和靴子表面形核生长,在液流冲击及剪切搅拌的作用下晶核脱落游离进入残余液相区长大成菊花晶,在强烈剪切搅拌作用下,菊花晶断裂破碎最终形成非枝晶组织.     

Microstructural Evolution of 6061 Alloy during Isothermal Heat Treatment

The semi-solid billet of 6061 aluminum alloy was prepared by the near-liquidus semi-continuous casting(LSC) with rosette or near-spheroide grains.The pre-deformation processing was applied before partial remelting to further improve the microstructure and properties of the semi-solid alloy.The effects of different processing parameters,such as holding temperature and holding time,on the semisolid microstructures during partial remelting have been investigated.It was found that the optimal partial remelting parameters should be 630℃ and 10-15 min for 6061 alloy cold rolled with 60% reduction in height of pre-deformation.The coarsening rates were anasysed by Lifshitz-Slyozov-Wagner(LSW) theory.The pre-deformed 6061 alloy exhibits lower coarsening rate constants than that of the as-cast one,and also lower than other alloys processed by different method found in previous literature.It is because the coarsening rate is associated with the initial microstructure and composition of the alloy.The secondary phases in the alloy inhibit the migration of the liquid film grain boundaries.The microstructure obtained by using the combination of near-liquidus semicontinuous casting and pre-deformation treatment is better than that without pre-deformation processing,which demonstrates that the used method is promising for fabricating high quality semi-solid alloys.     

Microstructural and mechanical features of aluminium semi-solid alloys made by rheocasting technique

The rheocasting process applied by Swirled Enthalpy Equilibration Device (SEED) technique relies on rapid extraction of a controlled quantity of heat from the liquid aluminium alloy via mechanical agitation to form the semi-solid slurry that can be formed under pressure. Microstructural characteristics of both conventional and semi-solid A357 castings under T6 heat treatment conditions were examined using optical and scanning electron microscopy. The fatigue and tensile experiments were applied to evaluate the effect of SEED technique on the mechanical properties of T6-A357 semi-solid alloys and conventional castings. The results showed that the rheocasting–SEED technique has proved successful in producing optimum microstructure of Al–Si–Mg semi-solid alloys providing an excellent combination of quality and mechanical performance as compared to conventional technique.

This paper is part of a Themed Issue on Aluminium-based materials: processing, microstructure, properties, and recycling.     

Influence of Solid Fraction Casting on Microstructure of Aluminum Alloy 6061

Semi-solid processing of AA6061 alloy near liquidus temperature with the addition of micro- and nanoparticles of same alloy may be highly attractive for small intricate shapes due to excellent mechanical properties. The present work utilizes semi-solid behavior of AA6061 alloy, which reduces macro- and nanosegregation of particles, porosity, and forming forces during the shaping process. The experiment utilizes the semi-solid slurry of different solid fractions mixed with a melt at pouring temperature range of 400 ? 640°C. The potential of solid fraction to produce semi-solid slurry has been investigated with the help of microstructure analysis, which is a crucial need for aluminum industries. The result shows that during the stirring, every dendrite modified itself to fine solid grains and dispersion of these grains takes place inside the molten metal. Alloy cooled directly from semi-solid state results in higher relative density with respect to conventional casting. With increase of solid fraction to 25%, the un-melted solid structure inside the pores and cavities in the direction of elongated grains results in the subsequent enhancement in the impact strength, hardness, and compressive strength as 19 kJ/m², 93 BHN, and 550 MPa, respectively, without any alteration in the basic metal matrix composite.     

半固态AlSi7Mg铝合金的新型流变成形

采用新型流变成形技术,研究了压射比压与压射速度对半固态AlSi7Mg铝合金流变压铸过程的影响．结果表明：将低过热度浇注与短时弱电磁搅拌相结合,能制备出均匀的半固态AlSi7Mg铝合金浆料,适合流变压铸,流变成型参数范围较宽,有利于提高压铸件的质量．试片的壁厚、压射比压和压射速度都对半固态AlSi7Mg合金浆料的充填性有较大的影响．对于10mm的试片,压射比压应〉15MPa,压射速度应≥0．384m／s;而对于5mm的试片,压射比压应≥20MPa,压射速度应≥1．152m／s．     

基于SIMA法的铝合金复杂构件触变锻造成形技术

采用半固态触变锻造技术成形铝合金构件,容易实现轻量化、低成本、短流程制造,因此在汽车、航空航天等领域应用广泛,但是对于高强铝合金复杂形状构件触变锻造存在半固态坯料制坯工序复杂、制件固液偏析严重和力学性能较弱等问题。基于SIMA制坯方法,提出了分级热处理、快速感应重熔和梯度等温处理等重熔工艺以及触变-塑变复合成形等新成形技术,优化了变形铝合金二次重熔半固态组织调控和触变锻造技术,获得了良好的半固态球晶组织并成形出合格的制件,最后提出了铝合金触变锻造成形中仍需解决的问题和发展方向。