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《機(jī)械工程材料雜志》2014年第五期

1試驗(yàn)結(jié)果與討論

1.1擠壓力從表1中可以看出，保溫不同時(shí)間的AZ91D鎂合金半固態(tài)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(shí)具有一定比例的液相，呈半固態(tài)，只需對(duì)其施加較小的外力即可發(fā)生流動(dòng)；但在模具中流動(dòng)的半固態(tài)漿料會(huì)因摩擦力、溫降等因素發(fā)生沿程損失導(dǎo)致其黏度上升，且要流經(jīng)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(shí)間的延長(zhǎng)，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(shí)達(dá)到最小值。這是因?yàn)樵诒爻跗冢瑵{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(shí)間的延長(zhǎng)，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(shí)間的延長(zhǎng)，半固態(tài)漿料在型腔中的流動(dòng)充型距離越遠(yuǎn)，越接近完整，在保溫45min時(shí)流動(dòng)充型距離最大，形態(tài)最完整；在保溫15min時(shí)，半固態(tài)漿料在小孔徑型腔中第一個(gè)拐彎位置就停止了流動(dòng)，致使剩余的半固態(tài)漿料從上、中模具的間隙擠出，造成飛邊嚴(yán)重，其原因是保溫時(shí)間不夠，半固態(tài)漿料蓄熱不足、黏度高；隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)與流動(dòng)充型距離的增加，半固態(tài)漿料流體前端的熱量散失嚴(yán)重，黏度急劇升高，沒有足夠的動(dòng)力流過型腔的第一個(gè)拐彎處，因而凝固而停止流動(dòng)；在保溫30～45min時(shí)，半固態(tài)漿料蓄熱量大、黏度低，半固態(tài)漿料在小孔徑型腔中流動(dòng)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(shí)，半固態(tài)漿料的擠壓流動(dòng)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(shí)間的延長(zhǎng)，半固態(tài)漿料的固相顆粒更加均勻圓整，固相率降低；保溫15min時(shí)，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(shí)，固相率明顯降低，固相顆粒均勻圓整、分布均勻；而保溫延長(zhǎng)至60min時(shí)，固相率明顯升高，固相顆粒發(fā)生合并長(zhǎng)大。

1.4討論據(jù)文獻(xiàn)［13－15］可知，在半固態(tài)區(qū)間進(jìn)行保溫時(shí)，漿料組織的固相顆粒存在兩個(gè)活動(dòng)過程，即合并長(zhǎng)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(gè)過程同步進(jìn)行。在保溫初期，合并長(zhǎng)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(shí)間的延長(zhǎng)，兩個(gè)過程達(dá)到平衡，半固態(tài)漿料的固相率和黏度達(dá)到最小值；隨著保溫時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，合并長(zhǎng)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(yàn)結(jié)果可以看出，在半固態(tài)溫度不變的條件下，保溫時(shí)間、半固態(tài)漿料組織與擠壓充型能力這三者之間存在密切聯(lián)系，保溫時(shí)間決定著半固態(tài)漿料的組織，而半固態(tài)漿料的組織對(duì)擠壓充型能力的影響較大。在575℃保溫初期，由于半固態(tài)漿料蓄熱不足，給予固相顆粒合并長(zhǎng)大和均勻化、球形化過程的動(dòng)力有限，雖然合并長(zhǎng)大的速率低于均勻化、球形化的速率，但此時(shí)半固態(tài)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(jié)，如圖4（a）所示。因半固態(tài)漿料固相率高、固相顆粒球形率低，致使擠壓成形時(shí)，臨界擠壓力較大，漿料的流動(dòng)距離短，擠壓充型能力差。隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，半固態(tài)漿料蓄熱充足，固相顆粒在合并長(zhǎng)大和均勻化、球形化過程中獲得的能量充足，合并長(zhǎng)大過程與均勻化、球形化過程達(dá)到平衡，此時(shí)半固態(tài)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(tài)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(shí)的臨界擠壓力降低，漿料的流動(dòng)距離長(zhǎng)，擠壓充型能力提高，如圖3（b～c）所示。隨著保溫時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)至60min，合并長(zhǎng)大的速率高于均勻化、球形化的速率，此時(shí)半固態(tài)漿料的固相率并沒有進(jìn)一步降低，反而又恢復(fù)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(dǎo)致了半固態(tài)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(xiàn)了擠壓成形時(shí)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(dòng)充型距離也介于二者之間，如圖3（d）所示。由此可知，保溫時(shí)間改變了半固態(tài)坯料的顯微組織和物理性能，從而影響著AZ91D鎂合金半固態(tài)坯料的觸變流動(dòng)能力和擠壓成形能力。AZ91D鎂合金半固態(tài)擠壓成形時(shí)，選取30～45min的保溫時(shí)間有利于半固態(tài)漿料的充型和成形件的質(zhì)量。

2結(jié)論

（1）在575℃保溫15～60min時(shí)，AZ91D鎂合金半固態(tài)漿料的臨界擠壓力和最大擠壓力均呈先降后升的趨勢(shì)，并在保溫45min時(shí)達(dá)到最小，此時(shí)其流動(dòng)充型距離最大，成形件表面粗糙度最小。（2）在575℃保溫15～60min時(shí)，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，AZ91D鎂合金半固態(tài)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(shí)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(lián)合大學(xué)冶金與能源學(xué)院三一汽車起重機(jī)械有限公司哈爾濱理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院