半固态2024合金部分重熔新工艺与组织演变

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1、万方数据第38卷增刊12009年4月稀有金属材料与工程RARE～正TALMATERIAl．SANDENGⅡ岖ERJl、nGV01．38，Suppl．1April2009半固态2024合金部分重熔新工艺与组织演变王顺成，李元元，陈维平，郑小平(华南理工大学，广东广州510640)摘要：提出半固态坯料先在液相线以上某温度适当等温加热，然后再降低温度至两相区继续等温保温的两步法部分重熔新工艺。采用该工艺对低过热度浇注半固态2024合金坯料进行部分重熔试验，利用光学显微镜和金相图像分析系统，研究了坯料组织演

2、变规律，并与两相区等温部分重熔工艺进行了比较。结果表明，采用两步法部分重熔工艺．由于坯料升温速度加快和熔化过热温度提高，抑制了晶间共晶相的溶解扩散，晶问液相形成速度明显加快，对晶粒合并长大具有一定的抑制作用，并加速晶粒球化，坯料部分重熔后，晶粒更加细小和圆整。关键词：半固态金属；触变成形；部分重熔；组织演变中图法分类号：TG146．21文献标识码：A文章编号：1002．185X(2009)$1．192．05半固态成形技术具有提高铸件致密度、延长模具寿命和实现高速近终成形等优点。半固态成形工艺包括流变

3、成形和触变成形，目前研究和应用较多的是触变成形，包括半固态坯料的制备、部分重熔和触变成形3个技术环节【1．2】。半固态坯料制备方法目前已有很多，如机械搅拌、电磁搅拌、应变诱发激活、喷射沉积和低过热度浇注等。其中低过热度浇注法具有工艺简单、无需特殊设备、可大大降低生产成本等优点，近年来受到广泛关注13—51。半固态坯料部分重熔在触变成形工艺中具有承上启下的作用，其目的首先是使坯料获得一定的液相分数，其次还要使坯料的非枝晶组织进一步转变为球形晶粒组织[2,31。目前广泛采用的部分重熔工艺是在某一预定固液

4、两相区温度下进行的等温部分重熔工艺[6,71，其特点是易于通过控制加热温度获得所需的液相分数，同时，还可实现长时间的保温确保晶粒得到充分的球化。但保温时间过长却容易导致晶粒租化，而晶粒粗化也会降低坯料的触变性能，同时还会恶化成形件的力学性能is,9】。本研究提出半固态坯料先在液相线以上某温度适当等温加热，然后再降低温度至两相区继续等温保温的两步法部分重熔新工艺。采用该工艺对低过热度浇注半固态2024合金坯料进行部分重熔实验，研究了坯料组织演变规律，并与两相区等温部分重熔工艺进行了比较。1实验方法实验

5、材料为2024合金，用纯铝锭、纯镁锭、AI．50Cu和A1．10Mn合金熔炼配制，熔炼设备为15kW井式电阻炉和石墨坩埚，熔炼温度为760℃。熔体经精练、静止和扒渣后于650℃浇注到水冷铁模中，铸成40衄×200mill×200衄的坯料。在ARL4460光电直读光谱仪上测定坯料成分(质量分数，％)为：Cu4．26，Mg1．44，MnO．34，SiO．085，Fe0．105，Cr0．002，Ni0．008，Zn0．011，Al余量。坯料内部组织主要为细小的玫瑰状晶粒，如图1所示。坯料最后加工成毋15衄

6、×20衄的圆柱试样用于部分重熔实验。图1半固态2024合金坯料原始组织Fig．IMicrostructureofsemi-solid2024alloybillet在NETZSCHSTA449C综合热分析仪上对坯料进行差示扫描量热分析(DSC)，DSC曲线如图2所示。收稿日期：2008-05．17基金项目：中国博士后科学基金资助项目(20060400749)；华南理工大学博士后创新科学基金资助项目作者简介：王顺成，男，1976年生，博士后，华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640，电话：0

7、20-87112948，E-mail：wangsc76@sina．com万方数据增刊1王顺成等：半固态2024合金部分重熔新工艺与组织演变·193·采用外推始、终点法【10l，确定坯料固相线和液相线温度分别为500．4和638．8℃。根据DSC结果，部分重熔等温保温温度确定为625℃，经Scheil公式【1u计算，该温度下坯料的理论平衡液相分数约为40％。部分重熔设备为7kW旋风箱式热处理炉。两步法部分重熔，试样首先分别在655和675℃等温加热15min，然后再随炉降温至625℃并继续等温保温。为

8、了对比，在625℃进行一组等温部分重熔试验。实验前在试样中心预先钻一驴2mmX10mm的小孔并插入K型热电偶以测量试样温度变化，温度数据收集采用MCGS温度智能测控试验系统记录。热处理炉加热到预定温度后放入试样，并开始记录试样温度，到达预定加热时间后取出试样水淬。试样经磨制、抛光并用混合酸溶液(1mLHF+I．5mLHCI+2．5mLHN03+95mLH20)腐蚀后，在OLYMPUS金相显微镜下进行组织观察，用OLYCLA金相图像分析系统统计分析试样液相分数‘，{．)