介绍半固态成形加工是众所周知的优点相结合的一门新技术生产形状复杂的铸件和锻造组件[1]。厚组件产生的这个过程表现出更好的力学性能比传统的挤压铸造[1 - 3]。在这个过程中,是非常重要的实现半固态浆细和球面主晶体结构,即non-dendritic结构。 生产细和球形铝合金的主要晶体,许多研究工作已经开展。佛兰芒[1]介绍了加工路线实现球面晶体结构,通过机械搅拌熔融金属在凝固过程中,并解释说,旋转流体打破了树枝状晶体生成模具墙上和搅拌叶轮。Gabathuler和Alusuisse[4]相比其他路线;使用boronite钛晶粒细化剂,磁流体动力(电磁或magneto-hydrodynamic)搅拌和强烈的超声波,并认为电磁路线是最有效的。Tzimas和Zavaliangos[5]相比其他航线的喷射铸造和硅镁层(压力感应熔化激活)过程与磁流体动力过程,并得出结论磁流体动力不如路由到其他两个路线,因为主要晶体坯的非均匀分布。足立等。[2]和Kaneuchi et al。[3]表明,球形晶体结构可以通过一个适当的熔融金属的持有时间在液相线和固相之间的温度。成功地构建商业机器,精心加工和设备需要特别控制温度。app亚博体育然后我们意识到核的物理介绍在熔融金属和保持合适的温度是重要和激动人心的是更有效的使晶体的均匀分布在整个钢坯而不是打破了树枝状晶体。本文的目的是为了证明这个概念,这可能是发展先进半固态成形过程的基础知识。 实验的程序合金测试为工业应用的重要性,AC4CH (al - 7% si - 0.4毫克)被作为主要合金研究和比较al - 17% -铜合金;前有一个更高的固体密度比液体和固体密度比液体低。的AC4CH使用的化学成分如表1所示。这些合金的冷却曲线是由微分扫描量热计和AC4CH决心的液相线温度881 K和al - 17%铜883 K。微观结构的合金重熔前如图1所示,展示树突结构。 表1。本研究中使用的化学成分AC4CH质量。
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7.02 |
0.11 |
0.38 |
< 0.01 |
< 0.01 |
< 0.0 |
< 0.0 |
落下帷幕。 |
(一) 
(b) |
图1所示。微观结构的原材料;亚博网站下载(一)AC4CH, (b) al - 17%的铜。 |
生产半固态金属实验装置示意图如图2所示。它是由一个搅拌装置,温度测量装置,模具单元和一个基本单位。模具单位中预热炉在523 K和AC4CH合金熔化,在另一个炉过热到933 K,在923 K注入模具。然后模具基本单位和单位计量单位组。当熔融金属的温度下降到一个给定的值(见表2),搅拌单元驱动在给定转速(见表2)是集和杖插入如图2所示。一旦温度显示复辉,搅拌单元被和杆被从熔融金属。此后熔融金属冷却速度控制采用砖或铁的基本单位。当温度下降到858 K,这是决定使用铝二元相图数据[6]和冷却曲线数据上面提到的,相当于约64卷%的固体部分,模具单元钳和淬火长大成一个水池。淬火金属被纵向及其微观结构检查整个横断面地区。平均晶粒尺寸是使用光学显微镜和图像分析仪计算集成与Image-Pro +个人电脑软件。
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图2。示意图说明目前的研究中使用的实验仪器。 |
表2。实验条件
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合金的熔融金属 |
AC4CH |
al - 17%的铜 |
杆的材料 |
AC4CH |
SUS303 |
AC4CH |
al - 17%的铜 |
杆直径(毫米) |
8 |
8 |
35 |
8 |
杆插入深度(毫米) |
20. |
20. |
10 |
20. |
杆插入临时。(K) |
918年 |
908年 |
898年 |
888年 |
888年 |
888年 |
888年 |
908年 |
883年 |
杆转速(最低为1) |
90年 |
90年 |
180年 |
180年 |
180年 |
180年 |
淬火温度。 |
858年 |
858年 |
858年 |
858年 |
858年 |
868年 |
冷却速率(K /分钟) |
11.5 |
11.3 |
13.2 |
12.7 |
4.8 |
4.7 |
6.8 |
6.8 |
9.7 |
棒预热温度(K)。 |
RT |
RT |
RT |
RT |
623年 |
RT |
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注:实验AC4CH和al - 17% -铜合金标本没有搅拌淬火分别在858 k和868 k。
RT =室温。淬火冷却速度是插入结束成水。
(一) 
(b) 
(c) 
(d) 
(e) 
(f) |
图3。AC4CH合金试样的微观结构;(一)没有杆插入,(b)例1插入在918 k, (c)例2插入在908 k, (d)例3插入在898 k, (e)例4插入888 k冷却速率为12.7 k /分钟,在888 k (f)例5插入冷却速率为4.8 k /分钟。 |
表2总结了每个实验的条件。首先,使用AC4CH杆直径8毫米和铁的基本单位,我们检查的影响在例1例四杆插入温度。其次,旋转速度的影响和抽油杆材料检查使用砖基地Ex.5 Ex.7。在Ex.8,预热大杆进行了测试。最后,固体密度的影响(al - 17% -铜)在Ex.9检查。 结果与讨论杆插入温度的影响图3显示了微观结构获得的标本在例1 (b) Ex.5 (f)的杆插入温度是不同的,在另一个实验中没有获得杆插入(a)。图4显示凝固试样的粒度分布。可以看出,主晶体标本没有杆插入的树突。然而,的主要晶体标本与杆插入变得更精细、更球棒插入温度降低如图3 (b) - (e)。标本在918 K与杆插入,(b),主晶体仍然保留一个树突结构和平均晶粒尺寸几乎类似的标本没有搅拌。杆插入温度908 K,球化的主要晶体已经开始。尽管微观结构在一定程度上是由树枝状晶体,许多球形晶体主要观察(c)。杆插入温度898 K,主水晶球状化处理的增加和互相分离(d)。温度888 K是最接近插入一个合金的液相线温度。最好的和最球面晶体结构得到了约88µm (e)。减少热量提取通过改变基材从铁砖、半固态金属的冷却速率从12.7 K /分钟减少到4.8 K /分钟和微观结构变得粗糙(约97µm)在同一插入温度(f),冷却速率的定义的位置如图6所示。
 
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图4。粒度分布表示标本主要球状晶体的实验条件。 |
为了定义球形分布的主晶体,标本的横截面区域被分成两个部分,(1)球面晶体部分(孵化)和(2)更多的树突晶体(non-hatched)的一部分,在整个横截面微观检验后地区的标本。图5说明了这些发行版。实验没有杆插入没有球主要晶体面积(a)。高插入温度918 K没有球面晶体区域即使熔融金属搅拌(b)。从图5 (c), (d)和(e),球形的数量主要晶体面积增加杆插入温度降低。在这些结果中,杆插入温度越高,越低的位置主要晶体区域。这种现象可能与插入杆之间的时间间隔和熔融金属复辉。在较长的时间间隔,晶体底部有足够的时间来解决。但在更短的时间,因为杆插入立即复辉紧随其后,球面晶体不有机会解决底部。主杆附近的晶体在更高的位置插入深度。图6显示了冷却温度剖面图AC4CH在凝固在上面提到的实验测量。现在,我们注意到两种时间间隔:时间间隔t1从杆插入开始插入(复辉)和时间间隔t2从复辉到淬火。正如上面提到的,时间间隔t1影响分布的球形晶体。然后比较图3中的微观结构和时间间隔t2,它已经发现,主晶体尺寸增加而增加t2。这应该是由于主水晶的粗化温度的范围在液相线和固相(2、3)之间。
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图5。分布的基本晶体AC4CH合金标本;(一)没有杆插入,(b)例1插入在918 k, (c)例2插入在908 k, (d)例3插入在898 k, (e)例4插入888 k冷却速率为12.7 k /分钟,在888 k (f)例5插入冷却速率为4.8 k /分钟。 |
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图6。AC4CH合金试样的冷却曲线;(一)没有杆插入,(b)例1插入在918 k, (c)例2插入在908 k, (d)例3插入在898 k, (e)例4插入888 k冷却速率为12.7 k /分钟,在888 k (f)例5插入冷却速率为4.8 k /分钟。 |
杆转速和杆材料的影响
图7显示了主要晶体的微观结构和分布获得Ex.5 Ex.7。搅棒转速可以稍微的影响(c)和(d)与180分钟Ex.61显示主要细晶粒大小约94µm和更广泛的球形区域分布比(a)和(b)与90分钟Ex.51。更高的搅棒转速给薄主要晶体大小。图7 (e)和(f)显示结果的Ex.7 SUS303不锈钢搅拌棒是用于实验条件一样Ex.6 (c)和(d)。测量t120年代和t2是250年代。在这个图中,可以看出spheroidoization相似但主要晶体的大小增大到96年µm和球面晶体的分布以更高的位置和面积不大。这些结果表明,当杆是由相同的材料熔化的金属,它可以作为成核的网站。如果不是,当杆制成的材料除了熔融金属,细化和球化的主要晶体可能是因为分手的树突结构佛兰芒[1]。
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图7。微观结构和分布的球形和树突的AC4CH合金晶体标本;(a)、(b)例5:使用AC4CH杆有90分钟1旋转速度,(c), (d)例6:使用AC4CH杆有180分钟1旋转速度(e), (f)使用SUS303杆和180分钟1旋转速度。 |
预热大杆实验这个实验的目的是获得一个锭整个球面晶体的区域。上述结果表明它是有效提高核通过增加杆直径。然后35毫米直径杆AC4CH就是4倍之前的实验被用来证明这个建议。经过一些测试金属粘杆插入测定的实验条件,即:棒预热到623 K,插入熔融金属温度908 K和插入深度是10毫米。然后进行Ex.8及其结果如图8所示。显微组织显示主要晶体几乎是球形和细87µm大小的固体颗粒分布如图4所示,这是最好的在这个研究得到如(一)所示。yabo214球面晶体的分布面积几乎涵盖了试件的横截面积,(b)所示。因此,我们可以说它是接近工业应用的最佳状态。
(一) 
(b) 
(c) |
图8。微观结构(a),球形分布主要晶体(b),冷却曲线(c) AC4CH合金试样在试验前。8。 |
看到Ex.8的冷却曲线(c)在图8中,时间间隔t1例1和类似的时间间隔t2作为Ex.3。在两个实验中,球形区域不存在或者是最小的。不过在Ex.8整个球面面积可获得。一个可能的解释是,大直径杆有一个大的有核晶体,它提供了许多水晶和熔融金属吸收更大的接触面积,从而导致更多的热熔融金属。因此多过冷和时间间隔t1是必需的。此外,更多的核提供了激动人心的可能限制单个晶体的生长,导致更少的粗化凝固期间虽然时间间隔t2更长。这可能是最好的原因Ex.8球面晶体结构可以获得。 影响固体和液体之间的密度差图9显示了实验的结果对al - 17%铜高固体密度比液体。图9 (a)和(b)显示为一个实验没有搅拌就没有球面晶体区域;每一个主水晶变得树突与平均粒径约98µm半月板有浮动。剩下的熔融金属水槽底部,成为共晶晶体。在图9中(c)和(d),结果Ex.9的实验条件几乎是类似于Ex.6除了熔融材料清楚地指出球形主要晶体大小94µm和球面晶体的分布几乎是相同的。但分布的位置在顶部的熔融-铜合金al - 17%,相反AC4CH合金中的结果如图5和图6所示。所以主要固体和液体之间的密度效应是非常清楚的。
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图9。微观结构((一),(c))和分布的主要晶体((b)、(d))的al - 17% -铜标本;(a)、(b)不动弹,虽然(c), (d)搅拌例9:根据条件与Al17%Cu 20毫米插入深度。 |
结论球状化处理和分配的基本晶体AC4CH铝合金模具的插入和旋转杆的熔融金属在不同的加工条件进行了。结果总结如下: •的杆是由相同的合金熔融金属作为成核站点,提供核细和球面主晶体的形成。 •精炼和球化处理主要晶体的分布在一个可扩展的地区模具可以通过优化杆插入温度、杆旋转速度、冷却速度和杆直径。 •时间间隔从杆插入开始插入端(复辉)影响分布球形晶体,和时间间隔从复辉淬火影响大小将粗化之间的温度范围液相线和固相。 •这个过程成功了锭54毫米直径55毫米长度均匀的球形和细主水晶与平均晶粒尺寸为87µm。 确认这项研究由Grand-in-Aid支持科学研究重点区域(B),“平台科技进步镁亚博老虎机网登录合金”和21世纪的阁下(COE)计划从教育部长,文化,体育,科学和技术的日本。亚博老虎机网登录 引用1。m·c·佛兰芒”行为的金属合金半固态状态”,金属。反式。22 (1991)957 - 981。 2。m .足立,m .田s Satou h·佐佐木y原田和n Ishibashi“最新的流变成形机”,j .日本轻金属研究院51 (2001)568 - 574。 3所示。t . Kaneuchi r .柴田和t .导演今村昌平发展半流质的压铸过程生成球面初选α步Shot-Sleeve”, j .日本铸造工程学会。74 (2002)595 - 599。 4所示。j . p . Gabathular d·彭y Kranhenbuhl和j·c·韦伯第二Int。参看:“半固态合金和复合材料的处理”,患儿由s . b .布朗和m . c .佛兰芒,矿产,金属和材料协会、宾夕法尼亚(1993)33-46页。 5。大肠Tzimas和A . Zavaliangos”比较描述Near-Equiaxed微观结构由喷射铸造,磁流体动力铸造应力诱导,熔化激活过程”,板牙。科学。Eng。A289 (2000) 217 - 227。 6。t·b·Massalski“二元合金相图1卷”,患儿的j·l·默里·l·h·班尼特和h·贝克,美国社会对金属,俄亥俄州(1986)p。165。 7所示。中川k, k Hoshino和t .大谷熔融金属搅拌对微观结构的影响al 2质量% Si合金”,j .日本铸造工程学会,75 (2003)185 - 190。 8。s . Iwasawa t .山口,s . Saikawa k . Hayashi Kamado和y小岛,过共晶铝硅合金的结构和力学性能由Thixocasting过程”,j .日本铸造工程学会,74 (2002)291 - 297。 9。f .田边,t . Motegi和m·h·罗伯特,“Thixocasting AC4CH坯结构的影响力量”,j .日本铸造工程社会,75 (2003)474 - 478。 10。s . Kamado a汤t Hitomi y小岛,“搅拌条件对结构和表观粘度的影响半固态.镁合金”,j .日本轻金属研究院42 (1992)734 - 740。 11。e . f . em“镁技术原理”,Pergmon出版社,伦敦(1966)788 - 857页。 详细联系方式 |