强磁场下电磁振荡对Al-6Si合金初生α-Al相的影响

研究了在稳恒强磁场和低强度工频交变电流复合作用下产生的电磁振荡对Al-6wt%Si合金初生相尺寸分布的影响规律。结果表明:电流密度一定时,随磁场强度增大初生α-Al逐渐向颗粒状组织转变;磁场强度一定且小于4T时,随着电流密度的增加,初生α-Al相的尺寸缓慢增大,分布在大尺寸区段范围内的比例逐步增加;当磁场强度达到4T时,初生相α-Al的大小随电流密度的变化不明显,分布在各个尺寸区段范围内的比例基本上不变化。电磁振荡力的搅拌作用和空化效应是α-Al转变的主要机制。

亚共晶Al-12%Si合金中初生α-Al相占比分析方法

Al-12%Si亚共晶铝硅合金微观金相组织可见较清晰枝晶状初生α-Al相,本文研究了使用Photoshop、Image-proplus计算铝硅合金中初生a-Al相的方法。此方法操作简便、对设备要求较低、可用于粗略计算组织中相的面积占比,并可推广至不同合金微观组织中相的分析。

稳恒电场对铝合金初生α-Al的细化研究

通过将稳恒电场作用于固相线以上糊状区和液相区内的Al-9Si合金,研究电场对铝合金凝固组织中初生α-Al形态、尺寸的影响规律。利用XJY-160巡检仪对合金降温凝固过程进行温度测量,同时借助光学显微镜(OM)和图像分析软件Image pro plus对Al-9Si合金进行组织分析。结果表明,随着所加载的电流密度的增大,初生α-Al晶粒尺寸先快速降低而后缓慢降低,电流密度最大值为330mA·mm-2。稳恒电场的Pinch效应和热电磁流体(TEMHD)效应阻止了初生α-Al树枝晶向发达趋势生长。

混合比和温度对受控扩散凝固制备7075铝合金初生α-Al相的影响

采用受控扩散凝固(CDS)技术制备7075铝合金。研究了不同母合金成分(混合比)与不同混合温度对7075铝合金凝固组织中初生α-Al相尺寸、形貌及分布的影响。结果表明,当母合金混合比例为1∶1且浇注温度为637℃时,混合后能够得到最佳的金相组织,其初生α-Al相平均尺寸达到91.70μm,形状因子达到2.56。分析表明,相同混合温度下Al-ZnMg-Cu母合金中Zn-Mg-Cu含量越低,细化效果越好。在相同混合成分和混合比浇注时,混合温度越低,其初生α-Al相越细小圆整。

Al-Si合金力学性能与初生α-Al相数量的相关性研究

采用图像分析仪对细化前后铸态A356铝合金组织中的初生α-Al枝晶数量进行定量分析,建立了A356铝合金的力学性能与初生α-Al相数量之间的关系。结果表明,当Al-5Ti-1B添加量大于0.5%时,组织内形成细小的等轴晶。α-Al枝晶的数量随着细化剂添加量的增加而增加。线性拟合结果揭示了抗拉强度、伸长率、质量参数和初生α-Al数量之间的关系。

Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响

通过真空电弧熔炼炉制备Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针显微分析仪(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)、差热分析仪(DSC)和万能材料试验机,研究不同添加量(0.3%,0.5%,0.7%,0.9%和1.3%,质量分数,下同)Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金对Al-7Si合金微观组织和性能的影响。结果表明:随着Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti合金添加量的增加,Al-7Si合金中初生α-Al和共晶Si组织被显著细化。与未添加Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金相比,当Al-7Si合金中添加0.9%Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti中间合金后,初生α-Al晶粒尺寸从218μm减小到80μm,二次枝晶间距从25μm减小到9.3μm;共晶Si组织由粗大的针片状细化为短片状和短棒状,平均长度和宽度分别从34.8μm和4μm减小到11.6μm和1.7μm;合金的抗拉强度和伸长率分别达到184 MPa和9.3%,与未变质合金的力学性能(162 MPa和3%)相比分别提高了13.6%和210%,断裂模式由韧脆混合断裂模式转变为韧性断裂。然而,当Al_(2.5)Cu_(0.5)Ti合金的添加量增加到1.3%时,发生过变质现象,导致Al-7Si合金组织粗化,力学性能下降。

Sc和Zr联合添加对ZL114A合金组织和力学性能的影响

利用偏光显微镜、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电镜(SEM)和维氏硬度仪研究了Sc和Zr联合添加对ZL114A合金组织和力学性能的影响。结果表明,对于利用Al-Ti-B细化晶粒的ZL114A合金,联合添加Sc和Zr后,初生α-Al晶粒的形核温度由619.2℃升至621.6℃,且其核心数量增多,形核更容易,晶粒进一步细化,晶粒尺寸由319.2μm减至287.8μm,减小了9.8%。联合添加Sc和Zr对ZL114A合金共晶Si几乎无影响,ZL114A+Sc+Zr合金力学性能变化主要归因于初生α-Al晶粒尺寸变化。联合添加Sc和Zr后,由于晶粒细化,ZL114A合金的硬度提高。

金属型铸造中Sb对重力浇铸ZL114A合金组织的影响

利用偏光显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究了金属型铸造条件下Sb对重力浇铸ZL114A合金组织的影响。结果表明,金属型铸造条件下,在ZL114A合金中添加Sb后,其初生α-Al晶粒的尺寸和形貌没有变化,共晶相(包括共晶α-Al和共晶Si)的体积分数减少,共晶Si被变质,铸态合金中的共晶Si变短但没有出现明显的分枝,热处理之后共晶Si更短、球化程度更高,其变质机理为共晶Si的形核核心增加。

母合金成分和混合温度对受控扩散凝固组织的影响

采用强制对流混合方式的受控扩散凝固技术制备了亚共晶Al-8%Si合金,研究了不同的母合金成分和混合温度对亚共晶Al-8%Si合金组织中初生α-Al相的形貌和尺寸的影响。结果表明,在纯Al与Al-12%Si合金混合后制备的Al-8%Si合金中初生α-Al相为细小圆整的球状晶,而且在纯Al的混合温度为665℃时,初生α-Al相的细化效果最好,晶粒尺寸可以达到43μm。随着母合金中Si含量的增加与纯Al混合温度的升高,初生α-Al相的细化效果变差。

重力砂型铸造条件下锑对亚共晶Al-Si合金晶粒和共晶Si的影响

利用凝固过程温度-时间曲线、偏光显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射技术、透射电子显微镜和能谱仪研究了重力砂型铸造条件下锑(Sb)对亚共晶Al-Si合金晶粒和共晶Si的影响。结果表明,Al-7Si合金添加Sb后,初生α-Al晶粒和共晶Si的形核温度均降低,初生α-Al晶粒形核更困难,平均粒径由319μm增至353μm。Sb变质共晶Si的机理是使共晶Si形核温度降低,Si在α-Al中的固溶度减小,化学势增大,Si原子从α-Al中排出的速度增大,共晶Si生长速度加快,最终共晶Si变短变窄。Sb并非通过作用在共晶Si的形核核心和孪晶上发挥变质作用。

用行波电磁搅拌制备半固态AlSi7Mg合金浆料

用低过热度浇注和弱行波电磁搅拌工艺制备半固态AlSi7Mg合金浆料,研究了浇注温度和搅拌功率对其初生α-Al形貌的影响.结果表明,用该工艺可制备初生α-Al形貌呈小而圆整的球状晶粒、组织分布均匀、较大尺寸(直径为127 mm)的半固态AlSi7Mg合金浆料.浇注温度合适,短时间弱电磁搅拌(8 s左右)就可获得初生α-Al形貌大部分为球状,组织分布比较均匀的浆料组织.浇注温度一定,适当提高搅拌功率可明显改善初生α-Al的形貌,但是过高的搅拌功率并不能使初生α-Al的形貌进一步改善.用该工艺制备的半固态AlSi7Mg合金浆料,从其边部到心部的径向组织初生α-Al形貌经历了一个从枝晶组织向蔷薇状组织再向球状组织转变的过程.

用低过热度浇注技术制备半固态ZL101-Sc铝合金

利用低过热度浇注工艺制备了ZL101-Sc铝合金半固态浆料,研究了Sc对半固态合金初生α-Al形貌的影响。采用正交设计方法研究了半固态ZL101-Sc铝合金初生α-Al形貌的影响因素。结果表明,经Sc细化及低过热度浇注(620℃)获得的半固态ZL101初生球晶的最佳工艺条件为保温温度590℃,保温时间200 s,Sc加入量0.6%。此时其晶粒在铸态下的形状因子为0.95,等效圆直径为27.45μm,其中保温温度是晶粒形貌和尺寸的最主要影响因素,可信度达95%;其次是Sc的加入量和保温时间。

蛇形通道浇注制备半固态浆料组织的演化

采用蛇形通道浇注制备7075铝合金半固态浆料,研究了不同浇注温度下浆料组织中初生α-Al的形貌演变,通过残留在蛇形通道内部的凝固壳分析了蛇形通道内部合金熔体的形核动力学条件,自由晶的形成、长大与球化机理。结果表明:自由晶的数目决定了初生α-Al的形态,随着浇注温度降低,过冷度的增大,浆料组织中的初生α-Al的形貌由蔷薇状向近球状转变,晶粒尺寸逐渐变小,晶粒数目增多;蛇形通道内过冷的合金熔体经过弯道的作用,熔体内部的对流、剪切和"搅拌"使初生激冷α-Al晶核经过游离、增殖、长大和熟化,最后演变成近球状和蔷薇状的α-Al晶粒;球状初生α-Al晶粒的演变机制主要为枝晶抑制生长机制,也包括枝晶臂根部熔断机制。

蛇形通道浇注制备半固态A356铝合金浆料微观组织的演变

对蛇形通道浇注制备半固态A356铝合金浆料过程中初生α-Al晶粒的球化进行了研究。结果表明,在蛇形通道内过冷的合金熔体受到内壁的激冷后生成大量细小自由晶和树枝晶,这些晶粒大部分被游离到蛇形通道的中心区域进行增殖,然后一部分经过直接球化和熟化作用演变成球形晶粒,另一部分长成尺寸较大的树枝晶。经过蛇形弯道的作用后,这些长大的树枝晶的二次臂从根部开始缩颈并分离,分离出的二次臂和断臂的树枝晶在蛇形通道里分别经过初步球化和熟化后变成近球形颗粒和蔷薇状组织,最后在收集坩埚里进一步演变成球形颗粒。

A356铝合金半固态浆料的蛇形通道制备工艺

采用蛇形通道浇注工艺制备了A356铝合金半固态浆料。结果表明：采用内径为20mm的四个弯道的蛇形通道可以在660～680℃制备1．5～1．8kg的A356半固态浆料，蛇形通道内腔只有少量的挂料，便于清理；在浆料的径向上，从心部到边部初生α－Al形态的差别很小，呈颗粒状或近球状。

低频电磁半连续铸造对4045合金显微组织与性能的影响

采用普通DC铸造和低频电磁半连续铸造工艺,制备了Φ100 mm的4045铝合金锭坯,并利用光学电子显微镜和扫描电镜对铸锭的显微组织进行检测与分析,用显微硬度计和电子拉伸试验机对铸锭的力学性能进行检测。结果表明,采用低频电磁半连续铸造,铸锭的显微组织中的-αAl枝晶组织被明显打碎,成为细小均匀的枝晶组织;共晶Si也较普通DC铸造组织中的共晶Si细小、均匀。在铸锭外表层附近存在富Si区域,但采用低频电磁半连续铸造,富Si区域明显减小。采用低频电磁半连续铸造,初生-αAl中的硅含量增加,达到2.79%,合金的力学性能也得到提高,bσ为225 MPa、ψ为11.4%、硬度为HV 69.5。

弱搅拌功率对半固态AlSi7Mg合金浆料组织的影响

采用低过热度浇注和弱电磁搅拌制备浆料技术制备半固态AlSi7Mg合金浆料,研究了弱搅拌功率对合金浆料初生相α-Al形貌的影响以及浆料组织的径向分布。研究结果表明,在低过热度浇注和弱电磁搅拌条件下,当AlSi7Mg合金液在浇注温度为630℃、搅拌功率为0.36kW时可制备出初生α-Al相形貌呈小而圆整的球状晶粒、组织分布均匀、直径为127mm的AlSi7Mg合金浆料;在低过热度浇注和弱电磁搅拌条件下,适当提高搅拌功率可改善初生α-Al相形貌,但当搅拌功率提高到一定程度,再增大搅拌功率,初生α-Al相形貌并没有得到进一步改善;从半固态AlSi7Mg合金浆料组织的径向分布看,由边部到心部,浆料的组织形貌从枝晶组织向蔷薇状组织再向球状组织演化。

行波电磁搅拌制备半固态AlSi7Mg合金浆料

采用低过热度浇注和弱行波电磁搅拌复合制备工艺制备较大容量的半固态AlSi7Mg合金浆料,探讨了电磁搅拌功率和频率对较大容量半固态AlSi7Mg合金浆料组织中的初生α-Al形貌和分布的影响规律。试验结果表明,在低过热度浇注和弱行波电磁搅拌条件下,当浇注温度为630℃、搅拌功率为1.52kW、电磁搅拌频率为5Hz、搅拌时间为8s时,可制备出初生α-Al形貌呈小而圆整的球状晶粒、组织分布均匀、较大容量的半固态AlSi7Mg合金浆料。在低过热度浇注和弱行波电磁搅拌条件下,当浇注温度为630℃、电磁搅拌频率为5Hz,,适当提高电磁搅拌功率可改善初生a-Al的形貌,组织分布比较均匀,但当搅拌功率超过1.52kW时,初生α-Al形貌并没有得到进一步的改善,初生α-Al形貌大部分为球状,组织分布也比较均匀。在低过热度浇注和弱行波电磁搅拌条件下,当浇注温度为630℃、电磁搅拌功率为1.27kW,适当提高电磁搅拌频率可改善初生α-Al的形貌,但当电磁搅拌频率超过10Hz时,初生α-Al形貌并没有得到明显改善,初生α-Al形貌大部分以球状为主,组织分布比较均匀。

铝合金半固态浆料的蛇形浇注

以蛇形浇注系统生产Al合金半固态浆料，探讨弯道个数、直径以及浇注温度对其组织形貌的影响。试验结果显示：最佳浇注温度为655～670℃；增加弯道或者缩小其直径，均会缩小初生α-Al晶粒。存生产过程中，多弯道的浇注系统对合金液具有一定的”搅拌”效果，促进初生α-Al晶粒向球形品粒转化。

脉冲磁致振荡下Al-4.5wt%Cu合金微观组织形态

应用脉冲磁致振荡技术处理Al-4.5wt%Cu合金的凝固过程,并用快速凝固装置固化初生α-Al相。结果表明,合金凝固前期,熔体固相分数小,温度高,脉冲磁致振荡主要促进熔体形核,此刻初生α-Al相微观形貌细小,圆整。随着处理时间的延长,熔体温度降低,脉冲磁致振荡难以抑制晶核的快速生长,新、老晶核竞相生长,并发生吞并或融合,晶粒粗大,形状复杂。一定放电频率的脉冲磁致振荡处理能有效抑制初生α-Al相的长大,频率越高,抑制效果越好,且初生α-Al相随着放电频率的增高变得更加细小、圆整。