A356铝合金半固态浆料在连续冷却、等温保温及随炉冷却过程中的组织演变

发布时间：2021-08-15 11:03

　　采用自孕育法制备A356铝合金半固态浆料,通过光学显微镜、扫描电镜、能谱及电子探针研究浆料在连续冷却、等温保温及随炉冷却过程中的组织及成分变化。结果表明:采用自孕育法能够制备出初生α-Al晶粒细小且分布均匀的非枝晶半固态浆料;浆料在连续冷却过程中,初生α-Al晶粒逐渐长大并圆整,固相体积分数逐渐增大。浆料等温保温初期初生α-Al晶粒逐渐长大并圆整,晶粒长大速率符合D_t³-D₀³=Kt动力学方程;过长的保温时间会使晶粒合并而恶化组织。随炉冷却过程中较慢的冷却速率使剩余液相无法独立形核,浆料剩余液相主要通过初生α-Al晶粒稳定生长以及共晶反应而实现凝固;随着随炉冷却时间的延长,Mg完全扩散至晶内,晶内Si含量逐渐增加。 

【文章来源】：材料热处理学报. 2020,41(06)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

自孕育流变制浆工艺示意图[12]

图2所示为自孕育半固态浆料连续冷却过程中的水淬组织。由图2(a)可以看出,采用自孕育法制备的半固态浆料组织中初生α-Al晶粒为细小的蔷薇状晶、枝晶碎片和近球状晶组成。在浆料的连续冷却过程中,由于结晶潜热的释放,浆料温度均在590 ℃以上,在此温度范围内枝晶碎片及蔷薇状晶逐渐分离并长大,因而初生α-Al晶粒逐渐长大并逐渐圆整。而此过程是温度连续降低的,因此初生α-Al晶粒体积分数会逐渐增加,剩余液相逐渐减少,从而导致初生α-Al晶粒周围的细小二次α-Al晶粒数量逐渐减少,连接的大片黑色共晶区域逐渐增多。在593 ℃时几乎看不到细小的二次α-Al晶粒。对其初生α-Al晶粒尺寸、形状因子(F=P2/(4πA),其中F为形状因子,A为晶粒截面积,P为晶粒等面积圆周长)和固相体积分数进行测量,所得数值如图2(f)所示。可以看出,浆料连续冷却过程中固相体积分数(由26.69%增至48.35%)和平均晶粒尺寸(由31.84 μm增至60.14 μm)均逐渐增大,而形状因子逐渐减小(由2.41降至1.86)。其原因是由于:随着温度的降低,固相体积分数逐渐增大,已存在的固相晶粒在此过程中逐渐长大。而在其长大过程中,剩余液相的温度仍旧高于固相线温度,会导致固相晶粒边界的突起及尖角熔化。而且晶粒长大过程中溶质原子会在枝晶碎片根部富集而使根部熔断,最终使晶粒更加圆整,形状因子下降。由此表明,采用自孕育法能够制备非枝晶半固态浆料,且浆料后续凝固能够以非枝晶方式进行,从而有效地细化了铸造组织。2.2 浆料等温保温组织

图3所示为A356铝合金半固态浆料在600 ℃保温不同时间的水淬组织。可以看出,浆料未保温时初生α-Al晶粒主要为近球状晶和蔷薇状晶。这些晶粒经过后续等温保温过程,既有初生α-Al晶粒的粗化,也有枝晶碎片因根部溶质富集而熔断,从而形成不规则的晶粒。而不规则的晶粒在其尖端处曲率较大,平衡温度较低,会随保温时间的延长而发生熔化,从而形成圆整晶粒。因此浆料保温3 min时,初生α-Al晶粒的尺寸增大,而且逐渐圆整。保温5 min时,初生α-Al晶粒尺寸进一步增大,相邻晶粒间会发生合并现象。进一步延长保温时间至10 min,组织中初生α-Al晶粒尺寸最大,但出现了许多条状和“8”字状晶粒。对浆料不同保温时间的组织中初生α-Al晶粒尺寸及形状因子测量,结果如图4(a)所示。可以看出随着保温时间的延长,初生α-Al晶粒尺寸逐渐增大,形状因子先减小后增大,在3 min时形状因子最小。说明在保温3 min时初生α-Al晶粒最圆整。图4(b)所示为初生α-Al晶粒不同保温时间下的尺寸拟合曲线,可以看出晶粒长大速率与保温时间之间符合D t 3 -D 0 3 =Kt动力学方程[13](其中D0为未保温时初生α-Al晶粒直径,Dt为保温t秒后初生α-Al晶粒直径,K为粗化速率常数),且回归系数R2接近1。图4 初生α-Al晶粒尺寸及形状因子随保温时间的变化

【参考文献】：
期刊论文
[1]半固态加工技术的最新进展[J]. 徐骏,张志峰.  哈尔滨理工大学学报. 2013(02)
[2]重新认识“半固态金属加工技术”[J]. 罗守靖,姜永正,李远发,单巍巍.  特种铸造及有色合金. 2012(07)
[3]WSP流变铸造与球化处理对Al-18%Si-5%Fe合金组织和性能的影响[J]. 管仁国,曹富荣,赵占勇,黄红乾,张秋生,王超.  中国有色金属学报. 2011(09)



本文编号：3344425