外文翻译--半固态铝合金（A356）浆料流变成形的充填性能 中文版.doc

半固态铝合金（A356）浆料流变成形的充填性能YuelongBail.1，2,WeiminMao1,Son&Gao1,GuoxingTang1,andJunXu21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A356合金的流变成形性能的影响。结果表明，半固态A356铝合金的浆料温度对充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585-595C范围之内。注浆压力也对充填性能有非常巨大的影响，并且当它处在15-25MPa的范围之内时适合流变成形。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0.07-0.12m/s范围内时适合流变成形。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。Keywords:A356铝合金；流变成形；充填性能；半固态1引言自从1970s麻省理工学院的弗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1-3。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一4-9。短时间内的电磁搅拌的低过热度浇注(LSPWES)是一种准备半固态合金浆料的新方法10-11，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12-13；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，LSPWES可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LSPWES方法得到的半固态A356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A356铝合金。它的成分是7.49wt%的硅、0.46wt%的镁、0.16wt%的铁和91.89wt%的铝。液体温度和固体温度分别大约是615和555。在这些试验中，A356合金的浆料首先由电磁搅拌的低过热度浇注得到，然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1300mm10mm3mm螺旋形谐振器的压模。压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585-595范围内；注浆压力在5-25MPa范围内；活塞速度处在0.024-0.072m/s之间。预热压模和压射室得温度分别是120和300。3结论3.1浆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A356铝合金浆料的充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0.072m/s。图2浆料温度对半固态A356铝合金浆料的充填性能的影响从图2可以看出，当注浆压力为10、15、或者20MPa时，随着浆料温度的增高，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A356铝合金浆料的充填性能逐渐变好。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100mm，这说明了3mm厚10mm长的铸件具有好的充填性能。如果浆料温度继续增加到595，充填长度将高达180mm之多，并且在180-270mm范围之内。即，当成形温度和注浆压力分别为595和20MPa时，充填长度将增加到270mm。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。3.2注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：mm）成形温度/充填长度/mm注浆压力是施加在压射室里的半固态A356铝合金浆料上的静态压力。在流变成形过程中，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585C。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5MPa和活塞速度是0.048m/s时，充填长度仅是71mm，这说明充填性能不好。但是，当注浆压力增加到15MPa，充填长度将高达110mm，这说明充填性能比较好。而且，如果注浆压力增加到15MPa以上，充填长度也明显增加，将高达到120-190mm。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1-3；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0.096m/s，如果注浆压力增加到25MPa，充填长度将高达240mm,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。3.3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585C。充填长度/mm注浆压力/MPa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10MPa和活塞速度是0.024m/s时，充填长度仅有70mm，这说明这种状态下充填性能比较差。如果活塞速度增加到0.072m/s，并且注浆压力也是10MPa时，充填长度增加并高达100mm。但是，如果活塞速度增加到0.12m/s，充填长度增加并达到140mm，这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20MPa和活塞速度是0.024m/s时，充填长度仅有105mm,但是如果活塞速度增加到0.12m/s，充填长度将增加到180mm，这显示这种条件下有好的充填性能。因而，当注浆压力是15MPa以上，并且活塞速度是0.096m/s以上时，有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。3.4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a-A1晶粒在压铸件中呈均匀分布。图5显示了冶金学上的切割点。图6给出A