外文翻譯--半固態(tài)鋁合金（A356）漿料流變成形的充填性能 中文版.doc

半固態(tài)鋁合金（A356）漿料流變成形的充填性能YuelongBail.1，2,WeiminMao1,Son&Gao1,GuoxingTang1,andJunXu21材料科學與工程學院.北京科技大學,北京100083.2國家有色金屬材料合成工程研究中心。有色金屬材料總研究所，北京100088摘要：許多流變成形方法研究了漿料溫度、注漿壓力和活塞速度對半固態(tài)A356合金的流變成形性能的影響。結(jié)果表明，半固態(tài)A356鋁合金的漿料溫度對充填性能有非常巨大的影響；漿料溫度越高，充填性能越好，并且流變成形的合適漿料溫度是在585-595C范圍之內(nèi)。注漿壓力也對充填性能有非常巨大的影響，并且當它處在15-25MPa的范圍之內(nèi)時適合流變成形?；钊俣纫矊Τ涮钚阅苡蟹浅＞薮蟮挠绊懀⑶耶敾钊俣仍?.07-0.12m/s范圍內(nèi)時適合流變成形。由電磁攪拌的低過熱度澆注準備的漿料的充填性能是非常好的，并且流變成形壓鑄中的微結(jié)構(gòu)分布是均勻的，這種情況有利于高質(zhì)量壓鑄。Keywords:A356鋁合金；流變成形；充填性能；半固態(tài)1引言自從1970s麻省理工學院的弗萊明斯發(fā)展了半固態(tài)金屬成型以來，它已經(jīng)了吸引了海外和國內(nèi)相當大的注意力。一些專家學者已經(jīng)對這些技術(shù)的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用進行了研究。又經(jīng)過30多年的發(fā)展，這些理論和應(yīng)用研究已經(jīng)成功應(yīng)用于制造各種各樣的汽車和飛機零部件1-3。但是，發(fā)展到現(xiàn)在，只有觸變成形技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到商業(yè)生產(chǎn)，但是這種商業(yè)生產(chǎn)規(guī)模非常小。這主要是因為半固態(tài)漿料的準備代價和二次加熱的能量消耗越來越大，并且坯、澆注系統(tǒng)和不合格鑄件之間的循環(huán)是困難的。當與觸變成形技術(shù)對比發(fā)現(xiàn)，半固態(tài)金屬的流變成形技術(shù)有幾個優(yōu)點，例如過程明顯變短，澆注系統(tǒng)和廢棄鑄件之間的循環(huán)變得容易，生產(chǎn)代價低等。因此，流變成形技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為最重要的研究課題之一4-9。短時間內(nèi)的電磁攪拌的低過熱度澆注(LSPWES)是一種準備半固態(tài)合金漿料的新方法10-11，與高功率電磁攪拌得到的半固態(tài)合金坯相比，它只需要更低的能量消耗12-13；并且其過程控制明顯方便14，其漿料微結(jié)構(gòu)優(yōu)于液相線壓鑄技術(shù)得到的漿料結(jié)構(gòu)。因此，LSPWES可以作為一種新的半固態(tài)流變成形過程的關(guān)鍵技術(shù)15。在本文研究中，研究了由LSPWES方法得到的半固態(tài)A356合金漿料的充填性能，其研究結(jié)果對改進的流變成形技術(shù)的發(fā)展非常有用。2試驗試驗中使用的原材料是商用的A356鋁合金。它的成分是7.49wt%的硅、0.46wt%的鎂、0.16wt%的鐵和91.89wt%的鋁。液體溫度和固體溫度分別大約是615和555。在這些試驗中，A356合金的漿料首先由電磁攪拌的低過熱度澆注得到，然后漿料在一個感應(yīng)加熱器中經(jīng)受長時間的熱處理。長時間的熱處理過程之后，漿料最后被快速傳送到壓鑄機器的壓射室而成形。為了研究上面得到的漿料的流變成形充填性能，采用了帶有1300mm10mm3mm螺旋形諧振器的壓模。壓模和其橫截面示意圖如圖1。流變成形的試樣長度可能作為評估漿料溫度、注漿壓力和活塞速度對充填性能的影響的標準。在這些試驗中采用的漿料溫度在585-595范圍內(nèi)；注漿壓力在5-25MPa范圍內(nèi)；活塞速度處在0.024-0.072m/s之間。預(yù)熱壓模和壓射室得溫度分別是120和300。3結(jié)論3.1漿料溫度對充填性能的影響在這里，漿料溫度是指漿料被傳送到壓射室時的溫度。試驗說明漿料溫度對半固態(tài)A356鋁合金漿料的充填性能有非常大的影響。在不同溫度下的流變成形螺旋形試樣的充填長度所圖2所示，其中活塞速度是0.072m/s。圖2漿料溫度對半固態(tài)A356鋁合金漿料的充填性能的影響從圖2可以看出，當注漿壓力為10、15、或者20MPa時，隨著漿料溫度的增高，充填長度的變化趨勢是相似的，并且隨著漿料溫度的增高充填長度增長的趨勢是明顯的。即隨著漿料溫度的增高，半固態(tài)A356鋁合金漿料的充填性能逐漸變好。這是因為隨著漿料溫度的增高，固相率和表觀粘度降低。因此，當諧振器中的漿料流和充填長度增加時，充填阻力變小。另一方面，由越高溫度產(chǎn)生的漿料的凝固時間將越長，并且充填時間也會更長。因而，漿料溫度越高，凝固時間越長，而充填性能越好。但是，如果漿料溫度相對比較高，那么可能會造成湍流和氣體運移。因此，必須采納確保非常緊密充填的適當漿料溫度。從圖2還可以看出，由電磁攪拌的低過熱度澆注得到的漿料的充填性能非常好。甚至當漿料溫度和重加熱壓模溫度分別是585和120，充填長度仍然可以達到100mm，這說明了3mm厚10mm長的鑄件具有好的充填性能。如果漿料溫度繼續(xù)增加到595，充填長度將高達180mm之多，并且在180-270mm范圍之內(nèi)。即，當成形溫度和注漿壓力分別為595和20MPa時，充填長度將增加到270mm。因而，任何復雜的模槽的完全充填可以通過適當?shù)卣{(diào)節(jié)漿料溫度和注漿壓力而得到保證。3.2注漿壓力對充填性能的影響圖1壓模(a)和其橫截面(b)示意圖（單位：mm）成形溫度/充填長度/mm注漿壓力是施加在壓射室里的半固態(tài)A356鋁合金漿料上的靜態(tài)壓力。在流變成形過程中，它也是一個重要的參數(shù)，并且注漿壓力對處在不同注漿壓力條件下的螺旋形壓鑄件的充填長度的影響如圖3所示，圖中漿料溫度是585C。圖3注漿壓力對充填性能的影響從圖3可以看出，當注漿壓力越小時，充填長度越短；但是，當注漿壓力增加時，充填長度將增加。例如，當注漿壓力是5MPa和活塞速度是0.048m/s時，充填長度僅是71mm，這說明充填性能不好。但是，當注漿壓力增加到15MPa，充填長度將高達110mm，這說明充填性能比較好。而且，如果注漿壓力增加到15MPa以上，充填長度也明顯增加，將高達到120-190mm。隨著注漿壓力的增加，充填長度的變化趨勢可以得到如下解釋：當注漿壓力越低時，充填能量不足夠克服漿料的流阻力，因此，充填長度越短；如果注漿壓力增加，漿料將獲得較大的能量用來克服漿料的流阻力。但是，如果注漿壓力非常高，并且達到臨界值，那么諧振器中的空氣不能立即排出，并且由于不利高溫，充填長度將降低，并且也可能會造成湍流1-3；因而，如果要預(yù)防湍流，必須選擇增高的注漿壓力。從圖3還可以看出，當注漿壓力增加，如果活塞速度也同時增加，充填長度將增加。例如，當活塞速度是0.096m/s，如果注漿壓力增加到25MPa，充填長度將高達240mm,更確切地說，充填性能相當好。主要原因可能是較高的充填速度減少漿料的散熱，并且充填速度越高，漿料凝固之間流動的時間越長。因此，充填性能將非常好。圖3中的結(jié)果顯示，如果壓模的排氣比較好并且湍流不會出現(xiàn)，注漿壓力越高，充填性能越好，并且由電磁攪拌的低過熱度澆注得到的漿料的充填性能也非常好。3.3活塞速度對充填性能的影響活塞速度是充填漿料時活塞向前移動的速度。在流變成形過程中，它也是一個重要的參數(shù)。圖4顯示了活塞速度對充填長度的影響，其中漿料溫度是585C。充填長度/mm注漿壓力/MPa圖4活塞速度對充填性能的影響從圖4可以看出，隨著活塞速度的增加，充填長度增加。當注漿壓力是10MPa和活塞速度是0.024m/s時，充填長度僅有70mm，這說明這種狀態(tài)下充填性能比較差。如果活塞速度增加到0.072m/s，并且注漿壓力也是10MPa時，充填長度增加并高達100mm。但是，如果活塞速度增加到0.12m/s，充填長度增加并達到140mm，這顯示此時充填性能較好。隨著活塞速度的增加，漿料充填速度增加，同時在相同模槽里的充填時間縮短；散熱也減少，以至于流動的漿料的溫度比較高。結(jié)果顯示，漿料的表觀粘度將降低，并且漿料流性能也會比較好；因而，最后充填長度逐漸變長。從圖4還可以看出，如果注漿壓力增加，活塞速度也同時增加，充填長度將明顯增加。例如，當注漿壓力是20MPa和活塞速度是0.024m/s時，充填長度僅有105mm,但是如果活塞速度增加到0.12m/s，充填長度將增加到180mm，這顯示這種條件下有好的充填性能。因而，當注漿壓力是15MPa以上，并且活塞速度是0.096m/s以上時，有利于形成好的充填性能。隨著活塞速度的增加，充填長度的變化趨勢也顯示由電磁攪拌的低過熱度澆注得到的漿料的充填性能也非常好。3.4微結(jié)構(gòu)分布為了得到各向同性的、好的機械性能，在半固態(tài)金屬成形過程中，要求微結(jié)構(gòu)分布是均勻的，即球形a-A1晶粒在壓鑄件中呈均勻分布。圖5顯示了冶金學上的切割點。圖6給出A