采用自孕育法制備A356鋁合金半固態(tài)漿料,通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、能譜及電子探針研究漿料在連續(xù)冷卻、等溫保溫及隨爐冷卻過程中的組織及成分變化。結(jié)果表明:采用自孕育法能夠制備出初生α-Al晶粒細(xì)小且分布均勻的非枝晶半固態(tài)漿料;漿料在連續(xù)冷卻過程中,初生α-Al晶粒逐漸長大并圓整,固相體積分?jǐn)?shù)逐漸增大。漿料等溫保溫初期初生α-Al晶粒逐漸長大并圓整,晶粒長大速率符合D_t³-D₀³=Kt動(dòng)力學(xué)方程;過長的保溫時(shí)間會(huì)使晶粒合并而惡化組織。隨爐冷卻過程中較慢的冷卻速率使剩余液相無法獨(dú)立形核,漿料剩余液相主要通過初生α-Al晶粒穩(wěn)定生長以及共晶反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)凝固;隨著隨爐冷卻時(shí)間的延長,Mg完全擴(kuò)散至晶內(nèi),晶內(nèi)Si含量逐漸增加。 

【文章來源】：材料熱處理學(xué)報(bào). 2020,41(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

自孕育流變制漿工藝示意圖[12]

圖2所示為自孕育半固態(tài)漿料連續(xù)冷卻過程中的水淬組織。由圖2(a)可以看出,采用自孕育法制備的半固態(tài)漿料組織中初生α-Al晶粒為細(xì)小的薔薇狀晶、枝晶碎片和近球狀晶組成。在漿料的連續(xù)冷卻過程中,由于結(jié)晶潛熱的釋放,漿料溫度均在590 ℃以上,在此溫度范圍內(nèi)枝晶碎片及薔薇狀晶逐漸分離并長大,因而初生α-Al晶粒逐漸長大并逐漸圓整。而此過程是溫度連續(xù)降低的,因此初生α-Al晶粒體積分?jǐn)?shù)會(huì)逐漸增加,剩余液相逐漸減少,從而導(dǎo)致初生α-Al晶粒周圍的細(xì)小二次α-Al晶粒數(shù)量逐漸減少,連接的大片黑色共晶區(qū)域逐漸增多。在593 ℃時(shí)幾乎看不到細(xì)小的二次α-Al晶粒。對其初生α-Al晶粒尺寸、形狀因子(F=P2/(4πA),其中F為形狀因子,A為晶粒截面積,P為晶粒等面積圓周長)和固相體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行測量,所得數(shù)值如圖2(f)所示。可以看出,漿料連續(xù)冷卻過程中固相體積分?jǐn)?shù)(由26.69%增至48.35%)和平均晶粒尺寸(由31.84 μm增至60.14 μm)均逐漸增大,而形狀因子逐漸減小(由2.41降至1.86)。其原因是由于:隨著溫度的降低,固相體積分?jǐn)?shù)逐漸增大,已存在的固相晶粒在此過程中逐漸長大。而在其長大過程中,剩余液相的溫度仍舊高于固相線溫度,會(huì)導(dǎo)致固相晶粒邊界的突起及尖角熔化。而且晶粒長大過程中溶質(zhì)原子會(huì)在枝晶碎片根部富集而使根部熔斷,最終使晶粒更加圓整,形狀因子下降。由此表明,采用自孕育法能夠制備非枝晶半固態(tài)漿料,且漿料后續(xù)凝固能夠以非枝晶方式進(jìn)行,從而有效地細(xì)化了鑄造組織。2.2 漿料等溫保溫組織

圖3所示為A356鋁合金半固態(tài)漿料在600 ℃保溫不同時(shí)間的水淬組織。可以看出,漿料未保溫時(shí)初生α-Al晶粒主要為近球狀晶和薔薇狀晶。這些晶粒經(jīng)過后續(xù)等溫保溫過程,既有初生α-Al晶粒的粗化,也有枝晶碎片因根部溶質(zhì)富集而熔斷,從而形成不規(guī)則的晶粒。而不規(guī)則的晶粒在其尖端處曲率較大,平衡溫度較低,會(huì)隨保溫時(shí)間的延長而發(fā)生熔化,從而形成圓整晶粒。因此漿料保溫3 min時(shí),初生α-Al晶粒的尺寸增大,而且逐漸圓整。保溫5 min時(shí),初生α-Al晶粒尺寸進(jìn)一步增大,相鄰晶粒間會(huì)發(fā)生合并現(xiàn)象。進(jìn)一步延長保溫時(shí)間至10 min,組織中初生α-Al晶粒尺寸最大,但出現(xiàn)了許多條狀和“8”字狀晶粒。對漿料不同保溫時(shí)間的組織中初生α-Al晶粒尺寸及形狀因子測量,結(jié)果如圖4(a)所示。可以看出隨著保溫時(shí)間的延長,初生α-Al晶粒尺寸逐漸增大,形狀因子先減小后增大,在3 min時(shí)形狀因子最小。說明在保溫3 min時(shí)初生α-Al晶粒最圓整。圖4(b)所示為初生α-Al晶粒不同保溫時(shí)間下的尺寸擬合曲線,可以看出晶粒長大速率與保溫時(shí)間之間符合D t 3 -D 0 3 =Kt動(dòng)力學(xué)方程[13](其中D0為未保溫時(shí)初生α-Al晶粒直徑,Dt為保溫t秒后初生α-Al晶粒直徑,K為粗化速率常數(shù)),且回歸系數(shù)R2接近1。圖4 初生α-Al晶粒尺寸及形狀因子隨保溫時(shí)間的變化

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]半固態(tài)加工技術(shù)的最新進(jìn)展[J]. 徐駿,張志峰.  哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2013(02)
[2]重新認(rèn)識(shí)“半固態(tài)金屬加工技術(shù)”[J]. 羅守靖,姜永正,李遠(yuǎn)發(fā),單巍巍.  特種鑄造及有色合金. 2012(07)
[3]WSP流變鑄造與球化處理對Al-18%Si-5%Fe合金組織和性能的影響[J]. 管仁國,曹富榮,趙占勇,黃紅乾,張秋生,王超.  中國有色金屬學(xué)報(bào). 2011(09)



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