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半固态 铝 合 金 （ 浆料 流变成形 的 充填性能 2, 材料科学与工程学院 . 北京科技大学 , 北京 100083. 2 国家有色金属材料合成工程研究中心 。有色金属材料总研究所 ，北京 100088 摘要：许多流变成形方法研究了浆料温度、注浆压力和活塞速度对半固态 果表明， 半固态 填性能 有非常巨大的影响；浆料温度越高 ， 充填性能 越好，并且流变成形的合适浆料温度是在 585注浆压力也对 充填性能 有非常巨大的影响，并且当它处在 15合 流变成形。 活塞速度也对 充填性能 有非常巨大的影响，并且当活塞速度在 变成形。由电磁搅拌的低过热度浇注准备的浆料的 充填性能 是非常好的，并且流变成形 压铸 中的微结构分布是均匀的， 这种情况有利于高质量压铸。 合金；流变成形； 充填性能 ；半固态 1 引言 自从 1970莱明斯 发展了半固态金属成型以来 ，它已经了吸引了海外和国内相当大的注意力。 一些专家学者已经对这些技术的理论基础和应用进行了研究。又经过 30多年的发展，这些理论和应用研究已经成功应用于制造各种各样的汽车和飞机零部件 1但是，发展到现在，只有 触变成形 技 术已经应用到商业生产，但是这种商业生产规模非常小。这主要是因为半固态浆料的准备代价和二次加热的能量消耗 越来越大，并且 坯 、浇注系统和不合格铸件 之间的循环是困难的。 当与 触变成形 技术对比发现，半固态金属的流变成形技术有几个优点，例如 过程明显变短，浇注系统和废弃铸件之间的循环变得容易，生产代价低等。因此，流变成形技术 现在已经成为最重要的研究课题之一 4短时间内的电磁搅拌的低过热度浇注 (是一种准备半固态合金浆料的新方法 10与高功率电磁搅拌得到的半固态合金 坯 相比， 它只需要更低的能量消耗 12并且其过程控制明显方便 14，其 浆料微结构优于液相线压铸技术得到的浆料结构。因此， 以作为一种新的半固态流变成形过程的关键技术 15。在 本文 研究中， 研究了由 356合金浆料的充填性能 ，其研究结果对改进的流变成形技术的发展非常有用。 2 试验 试验中使用的原材料是商用的 的成分是 硅、镁、 铁和 铝。 液体温度和固体温度分别大约是 615和 555 。 在这些试验中， 后浆 料在一个感应加热器中经受长时间的热处理。 长时间的热处理过程 之后，浆料最后被快速传送到压铸机器的压射室而成形。 为了研究上面得到的浆料的流变成形 充填性能 ，采用了 带有 1300103模和其横截面示意图如图 1。 流变成形的 试样 长度可能作为评估浆料温度、注浆压力和活塞速度对 充填性能 的影响的标准。在这些试验中采用的浆料温度在 585围内；注浆压力 在 5塞速度处在 预热压模和压射室得温度分别是 120和 300 。 3 结论 料温度对 充填性能 的影响 在这里，浆料温度是指浆料被传送到压射室时的温度。试验说明浆料温度对半固态 填性能 有非常大的影响。 在不同温度下的 流变成形 螺旋形试样的充填长度所图 2所示 ，其中活塞速度是 m/s。 图 2 浆料温度对半固态 从图 2可以看出，当注浆压力为 10、 15、 或者 20 着浆料温度的增高，充填长度的变化趋势是相似的，并且随着浆料温度的增高充填长度增长的趋势是明显的。即随着 浆料温度的增高，半固态 这是因为 随着浆料温度的增高，固相率和表观粘度降低 。 因此 ，当谐振器中的浆料流和充填长度增加时，充填阻力变小。另一方面， 由越高温度产生的浆料的凝固时间将越长，并且充填时间也会更长。因而，浆料温度越高，凝固时间越长，而 充填性能 越好。但是，如果浆料温度相对比较高，那么可能会造成湍流和气体运移。因此，必须采纳确保非常紧密充填的 适当浆料温度。 从图 2还可以看出，由电磁搅拌的低过热度浇注得到的浆料的 充填性能 非常好。甚至当浆料温度和重加热压模温度分别是 585和 120 ，充填长度仍然可以达到 100说明了 30填性能 。如果浆料温度继续增加到 595 ， 充填长度将高达 180且在 180， 当成形温度和注浆压力分别为 595 和 20 ，充填长度将增加到 270因而，任何复杂的模槽的完全充填可以通过适当地调节浆料温度和注浆压力而得到保证。 浆压力对充填性能的影响 图 1 压 模 (a)和其横截面 (b)示意图 （单位： 成形温度 / 充填长度/浆压力是施加在压射室里的半固态 流变成形过程中，它也是一个重要的参数，并且 注浆压力对处在 不同注浆压力条件下的螺旋形压铸件的充填长度的影响如图 3所示，图中浆料温度是 585 C。 图 3 注浆压力对充填性能的影响 从图 3可以看出，当注浆压力越小时，充填长度越短；但是，当注浆压力增加时，充填长度将增加。例如，当注浆压力是 5填长度仅是 71这说明充填性能不好。但是，当注浆压力增加到 15填长度将高达 110 说明充填性能比较好。而且，如果注浆压力增加到 15填长度 也明显增加，将高达到 120- 190 随着注浆压力的增加，充填长度的变化趋势可以得到如下解释：当注浆压力 越 低时，充填能量不足够克服浆料的流阻力，因此， 充填长度越短；如果注浆压力增加，浆料将获得较大的能量用来克服浆料的流阻力。但是，如果注浆压力非常高，并且达到临界值，那么谐振器中的空气不能立即排出，并且由于不利高温，充填长度将降低，并且也可能会造成湍流 1因而，如果要预防 湍流，必须选择增高的注浆压力。 从图 3还可以看出，当注浆压力增加，如果活塞速度也同时增加，充填长度将增加。例如，当活塞速度 是 m/s， 如果注浆压力增加到 25填长度将高达 240 更确切地说，充填性能相当好。主要原因可能是较高的充填速度减少浆料的散热，并且充填速度越高，浆料凝固之间流动的时间越长。因此， 充填性能将非常好。图 3中的结果显示，如果压模的排气比较好 并且 湍流不会出现，注浆压力越高，充填性能越好，并且由电磁搅拌的低过热度浇注得到的浆料的充填性能也非常好。 活塞速度对充填性能的影响 活塞速度是充填浆料时活塞向前移动的速度。在流变成形过程中，它也是一个重要的参数。图 4显示了活塞速度对充填长度的影响 ，其中浆料温度是 585 C。 充填长度/浆压力 /图 4 活塞速度对充填性能的影响 从图 4可以看出，随着活塞速度的增加，充填长度增加。当注浆压力是 10 活塞速度是 m/填长度仅有 70这说明这种状态下充填性能比较差。 如果活塞速度增加到 s，并且注浆压力也是 10 填长度增加并高达 100 是，如果活塞速度增加到 m/s，充填长度增加并达到 140 显示 此时充填性能较好。随着活塞速度的增加，浆料充填速度增加，同时在相同模槽里的充填时间缩短 ;散 热也减少，以至于 流动的 浆料 的温度比较高 。结果显示 ，浆料的表观粘度将降低，并且浆料流性能也会比较好； 因而， 最后充填长度逐渐变长。 从图 4还可以看出，如果注浆压力增加，活塞速度也同时增加，充填长度将明显增加。 例如，当注浆压力是 20填长度仅有105但是如果活塞速度增加到 m/s，充填长度 将增加到 180 这显示这种条件下有好的充填性能。因而， 当注浆压力是 15 m/利于形成好的充填性能。 随着活塞速度的增加，充填长度的变化趋势也显示由电磁搅拌的低过热度浇注得到的浆料的充填性能也非常好 。 微结构分布 为了得到各向同性的、好的机械 性能 ，在半固态金属成形过程中，要求微结构分布是均匀的，即球形 铸件中呈均匀分布。图 5显示了冶金学上的切割点。 图 6给出 A、 C 点处的中心微结构和外围微结构 。从图 6可以看出，不管是在 A、 B、或者 心处的球形 是，外围的球形 不了多少 ，并且 没有发现明显的微结构分离，这表明半固态浆料充填是稳定的。 它也说明由电磁搅拌的低过热度浇注得到的浆料适合流变成形过程，这将为 打下一个坚实的基础 压铸件具有高质量和好的机械性能 。 充填长度/塞速度 / 4 结论 （ 1） 半固态 料温度越高，充填性能越好，并且 流变 成形 合适 的 浆料温度是在 585 （ 2）注浆压力对充填性能有非常大的影响，并且当注浆压力在 15合 流变 成形 。 （ 3） 活塞速度对充填性能有非常大的影响，内时，适合 （ 4） 由电磁搅拌的低过热度浇注得到的浆料的充填性能也非常好，并且在有利于形成高质量的压铸件。 参考文献 1 of in 22A(1991), 2 25( 1976), 3 2004, 4 T. R. . of of 2002, p. 145. 5 N. A of o.2 at of 1998, 6 Z. S. a of 2000, 7 R. H. a to of 6 从半固态充填片中得到的金相试样切割面的微结构（ a） A 点中心； （ b） A 点外围；（ c） B 点中心；（ d） B 点外围；（ e） C 点中心；（ f） C 点外围 。 2000, 8 T. R. . of of 2002, 9 of of 2002, 10 of 00109540, 2000. 11 of of by a J. ( 20(2006), 12 K. of ( 35(1999),13 et of ( 36(2000), 14 D. of 618, J. ( 20(1999), 15 of 2002.
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