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電磁攪拌時間對半固態A356合金凝固組織的影響劉政1許鶴君2

技術應用 | 來源:本網 | 發布日期:2017-11-18 查看次數:577

核心提示:  是對處于固液兩相區的金屬進行加工變形。根據工藝流程的不同,可分為流變成形和觸變成形兩種。但無論是半固態流變成形還是觸變成形,關鍵技術都是要獲得合格的半固態漿料。其制備方法目前主要有機械攪拌法、電磁

  是對處于固液兩相區的金屬進行加工變形。根據工藝流程的不同,可分為流變成形和觸變成形兩種。但無論是半固態流變成形還是觸變成形,關鍵技術都是要獲得合格的半固態漿料。其制備方法目前主要有機械攪拌法、電磁攪拌法、應變誘導熔化激活法、超聲波振動法等,而電磁攪拌法因其污染少、操作便捷、效果顯著等特點受到重視。通常電磁攪拌法分為垂直攪拌式、水平攪拌式與混合(螺旋)攪拌式。雖然適于半固態金屬加工的合金范圍比較寬,但能用于半固態成形的合金種基金項目:國家自然科學基金資助項目(1144009);江西理工大學科學研究基金資助項目(xxZdl0003)第一:劉政,男,1958年出生,教授,江西理工大學機電工程學院,江西諭州(341000),電話:0797―8312428,E-mail:liukk66王元慶,蘇志權,孫昌建,等。時效處理對真空增壓鑄造A357合金組織和性能的影響。特種鑄造及有色合金,2008,28(12):946-949.(編輯:袁振國)類較少,這是因為用于半固態加工的合金在工藝性能上既要具有良好的流變性能以滿足半固態坯料的要求,又要求具有良好的觸變性能以滿足二次加熱和觸變成形工藝的要求。在鋁合金方面,具有較寬凝固溫度區間和良好鑄造性能的亞共晶鋁硅合金A356、A357等牌號則被較多地應用于半固態金屬成形。

  本課題研究了在低過熱度澆注和對熔體進行短時弱電磁攪拌并作等溫保溫處理條件下,電磁攪拌時間對A356合金凝固組織中的初生a-Al相和共晶相形貌和分布的影響。

  試驗方法試驗材料選用A356合金(國內牌號為ZL101)。

  制備半固態漿料的關鍵環節是獲取晶粒尺寸細小的非枝晶組織,對于A356合金而言,如何獲得細小圓整的初生a-Al相并使其均勻分布非常重要。此外,在半固態漿料的制備過程中實現節能降耗、綠色環保尤為重要。試驗在變頻控制下獲得30Hz固定頻率(實現較低攪拌功率)的電磁攪拌裝置對合金熔體進行攪拌,通過改變電磁攪拌時間,研究電磁攪拌對A356合金半固態漿料凝固組織特別是對初生a-Al相形貌的影響,探討了對共晶組織的形貌及其在基體中的分布和形貌的改善情況,并獲得本研究范圍內最佳的電磁攪拌工藝參數。

  試驗使用自制的電磁攪拌結晶器裝置,其結構示意圖見,該結晶器主要由變頻控制系統、電磁攪拌線圈、不銹鋼坩堝等部分組成,變頻器采用深圳市阿爾法變頻技術有限公司生產的5000-32R2GB/3004PB型號的變頻裝置,攪拌裝置則由電機線圈改造而來,電磁攪拌方式為水平攪拌式。

  光譜儀分析,其實際成分見表1.將預先配置好的鋁合金爐料放入預熱到300°C的石墨坩堝中,在SG2-3-10坩堝井式電阻爐中進行熔煉,升溫使其熔化,熔化過程中加入覆蓋劑(成分為50%的NaCl和50%的KC1)進行覆蓋,待形成熔池后,除去表面熔渣,將溫度緩慢升高表1試驗用A356合金成分并控制在720C,分23次除氣精煉合金液,待精煉結束,靜置12min,然后按照低過熱度澆注工藝(澆注溫度為620C)將液態合金澆入放置在電磁攪拌結晶器內的不銹鋼坩堝內(坩堝的尺寸為50mmX100mm,壁厚為3. 5mm),然后按照預先設定的頻率和攪拌時間對合金熔體進行電磁攪拌。為獲得較好的攪拌效果,保證半固態漿料質量,并體現節能降耗,基于以往的研究結果,該試驗的電磁攪拌裝置電流頻率設定為30Hz攪拌功率為350W.待電磁攪拌結束之后對半固態合金漿料在615C保溫10min后,立即從保溫箱取出對其進行水淬,凝固后及時脫模。為對電磁攪拌效果進行比較,還按照低過熱度澆注工藝制備了對比試樣。對在各工藝條件下獲得的試樣在同高度處將其截斷,取10mm厚的圓柱片,再從中取出扇形塊(須經過圓心),弧長約34mm,制做為金相試樣。金相試樣經預磨、粗磨、精磨、拋光后,用體積分數為0. 5%的HF水溶液腐蝕,用ZEISSAxiskP2型光學顯微鏡觀察其顯微組織。半固態組織的晶粒尺寸采用圖像分析軟件進行分析,依次使用Photoshop、Image-Pro-Plus、0rigin、ExCe1軟件對電磁攪拌的4個試樣進行晶粒度測量,按照以下公式計算出各試樣初生a-Al相晶粒的平均等積圓直徑和平均形狀因子:晶粒的等積圓直徑D形狀因子只(2)P2試驗結果與分析2.1電磁攪拌工藝對初生a-Al相形貌的影響試樣的金相組織。從a中可以明顯看出,未經電磁攪拌的試樣,組織主要由初生a 1相和共晶相組成,其初生a-A1相明顯粗大,晶粒圓整度差,枝晶比較發達,二次枝晶也比較粗大發達,形狀大小不,呈團狀或塊狀聚攏狀態,且分布很不均勻。

  為不同電磁攪拌時間下初生a-Al相的組織形貌。經電磁攪拌5s后的試樣金相組織中初生a-Al相的形狀已略有改善,發達的枝晶逐漸破碎,并向薔薇形轉變,同時開始出現少量細小團狀和顆粒狀的初生相組織。經測量,此時初生a-Al相的平均等積圓直徑為82.30pm,平均形狀因子為0. 60,其凝固組織雖比常

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