半固态连续流变挤压AlSiFe合金

∑二二！。半固态连续流变挤压Ａ１．Ｓｉ．Ｆｅ合金。，屯一——————岫———∞——————一，，卵

半固态连续流变挤压Ａ１．Ｓｉ．Ｆｅ合金

王超，石路，管仁国，邢振环，温景林

（东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳１１０００４）

摘要：本文采用连续铸挤机，对Ａｌ一１８Ｓｉ一５Ｆｅ合金进行半固态流变挤压成形，利用金相显微镜分析了普

通铸态、半固态铸造状态、连续流变挤压态的组织，用电子万能实验机和显微硬度仪对连续流变挤压态合金的力学性能进行了测试，用ＳＥＭ观察了拉伸试样断口形貌。结果表明：经过半固态流变挤压后，合金的组织明显细化，第二相长度和厚度明显减小，且分布均匀，连续流变挤压态合金的抗拉强度达到１６５．６ＭＰａ，延伸率达到２．５３％，显微硬度达到９１．７ＨＶ。

关键词：半固态；Ａ１－Ｓｉ—Ｆｅ合金；流变挤压

ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＳｅｍｉｓｏｌｉｄＲｈｅｏ——ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｏｆＡＩ．Ｓｉ．ＦｅＡｌｌｏｙ

ＷａｎｇＣｈａｏ，ＳＨＩＬｕ，ＧＵＡＮＲｅｎ—ｇｕｏ，ＸＩＮＧＺｈｅｎ－ｈｕａｎ，ＷＥＮＪｉｎｇ—ｌｉｎ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔｅｒｉａｌｓ＆Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ，１１０００４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇａｎｄｅｘｔｒｕｓｉｏｎ（ＣＡＳＴＥＸ）ｓｅｔｕｐｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｒｈｅｏ—ｅｘ－

ｔｒｕｓｉｏｎｏｆＡ１—１８Ｓｉ一５Ｆｅａｌｌｏｙ．Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｗａｓｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｃａｓｔｉｎｇ，ｓｅｍｉｓｏｌｉｄｂｉｌｌｅｔａｎｄｒｈｅｏｆｏｒｍｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｕｎｉｖｅｒｓａｌｌａｔｈｅａｎｄｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｒｈｅｏ—ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔ．ＳＥＭｗａｓｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｆｒａｃｔｏｇｒａｐｈｙｏｆｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓａｍｐｌｅ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｌｌｏｙｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｉｓｏｂ－ｖｉｏｕｓｆｉｎｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｃａｓｔｉｎｇａｎｄｓｅｍｉｓｏｌｉｄｂｉｌｌｅｔ，ｔｈｅｓｅｃｏｎｄｐｈａｓｅｉｓｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓａｎｄｉｔｓｌｅｎｇｔｈａｎｄｔｈｉｃｋｎｅｓｓｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｔｈｅｅｌｏｎｇａｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｔｈｅｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｒｅａｃｈ１６５．６ＭＰａ，２．５３％ａｎｄ９１．７ＨＶ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉｓｏｌｉｄ；Ａ１一Ｓｉ—Ｆｅａｌｌｏｙ；ｒｈｅｏ—ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ

铝硅铁合金具有密度低、膨胀性低、耐磨性高成形，具有流程短、近净形、节能、组织性能优良以及耐腐蚀性良好等优点，是很有发展前途的活塞等优点。本文采用连续铸挤机，对Ａ１．１８Ｓｉ－５Ｆｅ合材料［１以】。铝硅合金作为传统的活塞材料，随着硅金进行半固态流变挤压成形，系统地研究了其组织含量的增加合金的耐磨性提高，热膨胀率降低，重和性能。

量减轻，耐腐蚀性提高，高温力学性能好，但是铝

硅合金中的硅具有很高扩散速率，在凝固过程中容１实验

易产生偏聚，初晶硅以长条状、大片状和多角形析连续铸挤机工作原理如图ｌ所示，液态合金熔出，导致材料内部产生偏析，影响合金的力学性体注入冷却／转动的轧辊与固定靴座组成的型腔中，能，限制了该合金的工业应用ｐｑｌ。在铝硅合金中通过轧辊对合金强烈的剪切／冷却作用使合金凝固加入铁元素，可以形成铝铁硅三元金属间化合物，过程中的固相组织发生细化和球化，形成优良的半不仅消耗了硅的有害作用，还能提高合金的热稳定固态浆料，并在型腔出Ｉ＝Ｉ安装挤压模具，将浆料制性和力学性能∞】。自从半固态成形技术发明以来，备与挤压成形有机结合，实现浆料制备与半固态流以其特有的优点一直倍受研究学者的青睐，被专家变成形的一体化和连续化。

誉为２１世纪最具发展潜力的金属加工方法№］，应实验用材料为工业纯铝，ＡＩ－２３Ｓｉ中间合金，用连续铸挤机能够实现金属的半固态连续流变挤压铁添加剂；精炼剂用六氯乙烷；腐蚀剂用０．５％ＨＦ３４８

ｈ２００７铝型材技术（国际）论坛文集中射 广州

水溶液；用井式坩锅电阻炉熔炼；浇注温度为

７００ｃｃ；铸挤机冷却水流薰为５Ｌ／ｒａｉｎ；铸挤轮转速

为Ｉｆｒ／ｒａｉｎ；用ＯＬＹＭＰＵＳＰＭＧＳｌ盘相显微镜对所圈２ｃ和图２ｄ为采用连续铸挤机半固态流变挤压的金相组织，比普通铸态和半固态铸造态组织细小得很多，在连续铸挤机轮槽内，熔体受到强烈的

剪切／冷却作用，初晶ｓｉ、共晶ｓｉ和Ｂ—ＡＩ，ＦｅＳｉ相

均为细小的碎块状。

２得试样进行组织观察；用４５０ＳＶＤ型维氏光学硬度“对试样进行硬度测试；根据ＧＢ６３９７—８６《金属拉伸试验试样》的规定加＿＿：『＿成规定的蹦形试样，在

ＩＮＳＩ、ＲＯＮ２台金的力学性能４２０６材料试验机上进行拉伸性能测试；表】足普通铸志、半固态铸造状态、连续流变

挤压态台金的力学性能对照表，由于组织逐渐细用ＳＳＸ一５５０扫描电镜观察拉伸斯口形貌。

台金熔体化台垒的力学性能逐渐提高．经过半固态连续流

变挤压后抗拉强度达到１６５６ＭＰａ，延伸率达到

２５３％，显徽硬度达到９１７ＨＶ。图３是半固态连

续流变挤压试样拉伸断口的扫描照片，执图片ｔ

肴，存在大量解理面，主要是在韧晶ｓｉ和Ｂ—

Ａｌ，ＦｅＳｉ相处脆性断裂的结果，岜存在少量的韧窝，

但实际这蝗小韧窝井，＿＿｝＝望韧陆材料断口中常出现的

蜘衡，而是由许多小的解理平台组成的，是破碎的

共舶ｓ 断裂痕迹，圜此虽然抗拉强度和硬度有大幅

度提高，但韧性楗高较少，仍以脆性断裂为主。

档料按

图Ｉ连续铸挤机工作原理图

状态表１台盒力学性能抗拉强崖／ＭＰａ延伸率／％显傲崾度／ＨＶ２襄验结采与分析

２１合金的显微缎织

图２是Ａｌ－１８Ｓｉ－５Ｆｅ合惫普通铸惫、半固态铸造

状态、连续流变挤压态的组织。由围２ａ可知普通

铸态的组织由粗大片状的栩晶ｓ，、长条状的１３一

ＡＩ，ＦｅＳｉ相以及基体Ⅱ一ＡＩ组成；图２ｂ为采用波浪型

倾斜板技术制备的半固态坯料组织“，与普通铸态

凰３Ａｆｊ８Ｓｉ５ｈ台金断口形貌

３结论

（ｊ）经过半固态流变挤压后，台金的组织明显

细化，租大的初晶Ｓｉ相和长条状的Ｂ—ＡＩ。ＦｅＳｉ帽Ｒ图２ＡＩ—Ｉ８Ｓｉ－５ｈ台盒微观组织寸明捏减小，且分布均匀，共晶ｓ－相也破碎成小

半固态连续流变挤压Ａ１．Ｓｉ．Ｆｅ合金‘：

块状。达到１６５．６ＭＰａ，延伸率达到２．５３％，显微硬度达

（２）半固态连续流变挤压态合金的力学性能比到９１．７ＨＶ，但仍以脆性断裂为主。

普通铸态、半固态铸造态有大幅度提高，抗拉强度

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