保溫時間對鎂合金半固態擠壓的影響范文

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《機械工程材料雜志》2014年第五期

1試驗結果與討論

1.1擠壓力從表1中可以看出，保溫不同時間的AZ91D鎂合金半固態試樣，其臨界擠壓力比最大擠壓力小很多。雖然AZ91D鎂合金加熱至575℃時具有一定比例的液相，呈半固態，只需對其施加較小的外力即可發生流動；但在模具中流動的半固態漿料會因摩擦力、溫降等因素發生沿程損失導致其黏度上升，且要流經一定角度的彎道，從而使最終的擠壓力急劇上升。另由表1還可以看出，隨著保溫時間的延長，所需的臨界擠壓力和最大擠壓力均為先降后升，在保溫45min時達到最小值。這是因為在保溫初期，漿料蓄熱不夠，液相比例較小，黏度較高，致使臨界擠壓力和最大擠壓力較高；隨著保溫時間的延長，漿料蓄熱增大，液相比例增大，黏度下降，故臨界擠壓力與最大擠壓力均隨之減小。

1.2宏觀形貌從圖3中可以明顯看出，隨著保溫時間的延長，半固態漿料在型腔中的流動充型距離越遠，越接近完整，在保溫45min時流動充型距離最大，形態最完整；在保溫15min時，半固態漿料在小孔徑型腔中第一個拐彎位置就停止了流動，致使剩余的半固態漿料從上、中模具的間隙擠出，造成飛邊嚴重，其原因是保溫時間不夠，半固態漿料蓄熱不足、黏度高；隨著保溫時間的延長與流動充型距離的增加，半固態漿料流體前端的熱量散失嚴重，黏度急劇升高，沒有足夠的動力流過型腔的第一個拐彎處，因而凝固而停止流動；在保溫30～45min時，半固態漿料蓄熱量大、黏度低，半固態漿料在小孔徑型腔中流動充型的距離明顯增加，且成形件幾乎沒有飛邊，表面粗糙度較低；在保溫60min時，半固態漿料的擠壓流動充型距離縮短，且存在飛邊，成形件表面粗糙度增大。

1.3顯微組織從圖4可以看出，隨著保溫時間的延長，半固態漿料的固相顆粒更加均勻圓整，固相率降低；保溫15min時，固相顆粒比較粗大，呈薔薇狀簇集在一起，分布不均勻，固相率高；保溫30～45min時，固相率明顯降低，固相顆粒均勻圓整、分布均勻；而保溫延長至60min時，固相率明顯升高，固相顆粒發生合并長大。

1.4討論據文獻［13－15］可知，在半固態區間進行保溫時，漿料組織的固相顆粒存在兩個活動過程，即合并長大過程和均勻化、球形化過程。在保溫過程中，固相顆粒的上述兩個過程同步進行。在保溫初期，合并長大過程的速率低于均勻化、球形化過程的速率，固相率降低，黏度降低；隨著保溫時間的延長，兩個過程達到平衡，半固態漿料的固相率和黏度達到最小值；隨著保溫時間的進一步延長，合并長大過程的速率高于均勻化、球形化過程的速率，固相率升高、黏度增大。從試驗結果可以看出，在半固態溫度不變的條件下，保溫時間、半固態漿料組織與擠壓充型能力這三者之間存在密切聯系，保溫時間決定著半固態漿料的組織，而半固態漿料的組織對擠壓充型能力的影響較大。在575℃保溫初期，由于半固態漿料蓄熱不足，給予固相顆粒合并長大和均勻化、球形化過程的動力有限，雖然合并長大的速率低于均勻化、球形化的速率，但此時半固態漿料的固相率較高，在80％以上，且固相顆粒比較粗大、球形率低，呈薔薇狀并相互交織和纏結，如圖4（a）所示。因半固態漿料固相率高、固相顆粒球形率低，致使擠壓成形時，臨界擠壓力較大，漿料的流動距離短，擠壓充型能力差。隨著保溫時間的延長，半固態漿料蓄熱充足，固相顆粒在合并長大和均勻化、球形化過程中獲得的能量充足，合并長大過程與均勻化、球形化過程達到平衡，此時半固態漿料的固相率顯著降低，為40％～60％，且固相顆粒的球形率高、均勻分布，如圖4（b）～（c）所示。因半固態漿料的固相率低、固相顆粒球形率高，黏度降低，致使擠壓成形時的臨界擠壓力降低，漿料的流動距離長，擠壓充型能力提高，如圖3（b～c）所示。隨著保溫時間進一步延長至60min，合并長大的速率高于均勻化、球形化的速率，此時半固態漿料的固相率并沒有進一步降低，反而又恢復至保溫初期的80％以上，而固相顆粒的球形率仍然很高，如圖4（d）所示；因固相率高導致了半固態漿料的黏度升高，但又因固相顆粒的球形率高致使黏度低于保溫初期，從而出現了擠壓成形時的臨界擠壓力介于保溫45min和保溫15min臨界擠壓力之間，其流動充型距離也介于二者之間，如圖3（d）所示。由此可知，保溫時間改變了半固態坯料的顯微組織和物理性能，從而影響著AZ91D鎂合金半固態坯料的觸變流動能力和擠壓成形能力。AZ91D鎂合金半固態擠壓成形時，選取30～45min的保溫時間有利于半固態漿料的充型和成形件的質量。

2結論

（1）在575℃保溫15～60min時，AZ91D鎂合金半固態漿料的臨界擠壓力和最大擠壓力均呈先降后升的趨勢，并在保溫45min時達到最小，此時其流動充型距離最大，成形件表面粗糙度最小。（2）在575℃保溫15～60min時，隨著保溫時間的延長，AZ91D鎂合金半固態漿料的固相率先降后升，其固相顆粒球形率逐漸升高且均勻分布，保溫30～45min時的固相率最低。

作者：鄭小平陳繼亮吉澤升寧江利單位：河北聯合大學冶金與能源學院三一汽車起重機械有限公司哈爾濱理工大學材料科學與工程學院