保温时间对镁合金半固态挤压的影响范文

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《机械工程材料杂志》2014年第五期

1试验结果与讨论

1.1挤压力从表1中可以看出，保温不同时间的AZ91D镁合金半固态试样，其临界挤压力比最大挤压力小很多。虽然AZ91D镁合金加热至575℃时具有一定比例的液相，呈半固态，只需对其施加较小的外力即可发生流动；但在模具中流动的半固态浆料会因摩擦力、温降等因素发生沿程损失导致其黏度上升，且要流经一定角度的弯道，从而使最终的挤压力急剧上升。另由表1还可以看出，随着保温时间的延长，所需的临界挤压力和最大挤压力均为先降后升，在保温45min时达到最小值。这是因为在保温初期，浆料蓄热不够，液相比例较小，黏度较高，致使临界挤压力和最大挤压力较高；随着保温时间的延长，浆料蓄热增大，液相比例增大，黏度下降，故临界挤压力与最大挤压力均随之减小。

1.2宏观形貌从图3中可以明显看出，随着保温时间的延长，半固态浆料在型腔中的流动充型距离越远，越接近完整，在保温45min时流动充型距离最大，形态最完整；在保温15min时，半固态浆料在小孔径型腔中第一个拐弯位置就停止了流动，致使剩余的半固态浆料从上、中模具的间隙挤出，造成飞边严重，其原因是保温时间不够，半固态浆料蓄热不足、黏度高；随着保温时间的延长与流动充型距离的增加，半固态浆料流体前端的热量散失严重，黏度急剧升高，没有足够的动力流过型腔的第一个拐弯处，因而凝固而停止流动；在保温30～45min时，半固态浆料蓄热量大、黏度低，半固态浆料在小孔径型腔中流动充型的距离明显增加，且成形件几乎没有飞边，表面粗糙度较低；在保温60min时，半固态浆料的挤压流动充型距离缩短，且存在飞边，成形件表面粗糙度增大。

1.3显微组织从图4可以看出，随着保温时间的延长，半固态浆料的固相颗粒更加均匀圆整，固相率降低；保温15min时，固相颗粒比较粗大，呈蔷薇状簇集在一起，分布不均匀，固相率高；保温30～45min时，固相率明显降低，固相颗粒均匀圆整、分布均匀；而保温延长至60min时，固相率明显升高，固相颗粒发生合并长大。

1.4讨论据文献［13－15］可知，在半固态区间进行保温时，浆料组织的固相颗粒存在两个活动过程，即合并长大过程和均匀化、球形化过程。在保温过程中，固相颗粒的上述两个过程同步进行。在保温初期，合并长大过程的速率低于均匀化、球形化过程的速率，固相率降低，黏度降低；随着保温时间的延长，两个过程达到平衡，半固态浆料的固相率和黏度达到最小值；随着保温时间的进一步延长，合并长大过程的速率高于均匀化、球形化过程的速率，固相率升高、黏度增大。从试验结果可以看出，在半固态温度不变的条件下，保温时间、半固态浆料组织与挤压充型能力这三者之间存在密切联系，保温时间决定着半固态浆料的组织，而半固态浆料的组织对挤压充型能力的影响较大。在575℃保温初期，由于半固态浆料蓄热不足，给予固相颗粒合并长大和均匀化、球形化过程的动力有限，虽然合并长大的速率低于均匀化、球形化的速率，但此时半固态浆料的固相率较高，在80％以上，且固相颗粒比较粗大、球形率低，呈蔷薇状并相互交织和缠结，如图4（a）所示。因半固态浆料固相率高、固相颗粒球形率低，致使挤压成形时，临界挤压力较大，浆料的流动距离短，挤压充型能力差。随着保温时间的延长，半固态浆料蓄热充足，固相颗粒在合并长大和均匀化、球形化过程中获得的能量充足，合并长大过程与均匀化、球形化过程达到平衡，此时半固态浆料的固相率显著降低，为40％～60％，且固相颗粒的球形率高、均匀分布，如图4（b）～（c）所示。因半固态浆料的固相率低、固相颗粒球形率高，黏度降低，致使挤压成形时的临界挤压力降低，浆料的流动距离长，挤压充型能力提高，如图3（b～c）所示。随着保温时间进一步延长至60min，合并长大的速率高于均匀化、球形化的速率，此时半固态浆料的固相率并没有进一步降低，反而又恢复至保温初期的80％以上，而固相颗粒的球形率仍然很高，如图4（d）所示；因固相率高导致了半固态浆料的黏度升高，但又因固相颗粒的球形率高致使黏度低于保温初期，从而出现了挤压成形时的临界挤压力介于保温45min和保温15min临界挤压力之间，其流动充型距离也介于二者之间，如图3（d）所示。由此可知，保温时间改变了半固态坯料的显微组织和物理性能，从而影响着AZ91D镁合金半固态坯料的触变流动能力和挤压成形能力。AZ91D镁合金半固态挤压成形时，选取30～45min的保温时间有利于半固态浆料的充型和成形件的质量。

2结论

（1）在575℃保温15～60min时，AZ91D镁合金半固态浆料的临界挤压力和最大挤压力均呈先降后升的趋势，并在保温45min时达到最小，此时其流动充型距离最大，成形件表面粗糙度最小。（2）在575℃保温15～60min时，随着保温时间的延长，AZ91D镁合金半固态浆料的固相率先降后升，其固相颗粒球形率逐渐升高且均匀分布，保温30～45min时的固相率最低。

作者：郑小平陈继亮吉泽升宁江利单位：河北联合大学冶金与能源学院三一汽车起重机械有限公司哈尔滨理工大学材料科学与工程学院