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基于SIMA法的近共晶点铝硅合金半固态坯料复合制备研究

弭光宝  
【摘要】: 破碎铸态组织中的树枝晶,获得细小近球形或球形非枝晶组织是半固态加工成形的基础与关键。随着半固态加工领域研究的不断深入,新的半固态坯料制备工艺层出不穷,处于百花齐放阶段,除近液相线铸造法外,还有新MIT法、转管法、应变诱发熔化激活法等。其中,应变诱发熔化激活(SIMA)法将塑性变形与凝固加工有机结合,是固态条件下制备半固态坯料的重要途径,具有很高的理论研究价值和应用前景。 铝硅合金熔点较低,使用范围广泛,非常适合半固态金属加工成形,其坯料的制备和研究最为广泛和成功。但是,在共晶点附近,固液相区间小、温控要求比较高,半固态坯料制备难度相对较大,目前关注最多的还是偏离共晶点较远的亚共晶或过共晶合金,而对AlSi9Mg等靠近共晶点的合金涉及较少。 基于SIMA法对近液相线区浇注的AlSi9Mg合金进行应变诱导、半固态等温处理,成功制备了组织优异的半固态坯料。在定性分析近液相线区保温过程中枝晶组织演变规律的基础上,三次采用正交试验并结合金相组织分析,定量地研究了近液相线浇注、应变诱导、半固态等温处理等工艺过程复合作用对合金初生α-Al相非枝晶组织形成及形貌的影响,得到了各过程工艺参数与半固态显微组织参数之间的最佳匹配,并进行了试验验证与分析。 结果表明:复合制备工艺有助于改善非枝晶组织的形成及形貌,降低了对应变诱导过程变形量的要求,充分发挥了近液相线铸造与SIMA法各自的优点,最终获得了比单一近液相线铸造或应变诱发熔体激活AlSi9Mg合金更加均匀、球化程度更高的初生α-Al相非枝晶组织,其平均等积圆直径为35-40μm、平均形状系数大于0.75;正交试验所得到的最佳工艺参数匹配及显微组织参数与实验验证结果完全一致,即浇注温度615℃、冷变形量30%、半固态等温处理温度586℃、半固态等温处理时间25min是复合制备工艺获得细小、圆整非枝晶组织的最佳工艺参数匹配,其平均等积圆直径为38.93μm、平均形状系数高达0.794。 将近液相线铸造法复合到SIMA法半固态制坯过程中,通过合理控制应变诱导、半固态等温处理等过程的工艺参数,最终获得了一种新的坯料复合制备工艺。同时,在深入分析复合制备工艺过程的基础上,揭示出基于SIMA法的半固态坯料复合制备技术的定义及其优越性,实现了半固态坯料制备技术从“单一”走向“复合”,这对于今后连续获得优质环保型半固态坯料并促进其实用化进程具有重要科学意义和推广价值。


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