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復(fù)合材料mg2si/al的冷卻斜槽法鑄造和其局部重熔演化過程中的半固態(tài)微觀結(jié)構(gòu)
摘要
Mg2Si/Al–Si–Cu 復(fù)合材料的半固態(tài)結(jié)構(gòu)及斜槽鑄造的部分重熔過程。該鑄態(tài)微觀結(jié)構(gòu)的形態(tài)，大小和形狀受保溫時間等的因素影響。據(jù)調(diào)查結(jié)果表明：該 mg2si和- Al晶粒部分重熔過程后形態(tài)的主要呈復(fù)合球形和橢圓形。Al晶粒大小和
形狀因子- 與保溫時間長短有關(guān)。
1 。導(dǎo)言
眾所周知，半固態(tài)加工（ SSP ）的有很多顯著的優(yōu)勢，與傳統(tǒng)的鑄造相比它盡量減少宏觀偏析、凝固收縮和形成溫度。關(guān)鍵該固相[ 1 ]半固態(tài)合金的形成是由于缺乏樹突狀形態(tài)
。典型的非樹突狀的微觀結(jié)構(gòu)
需要的是構(gòu)成固相球懸浮在
液相。觸變的影響，該合金半固態(tài)使他們能夠處理大量固體。許多不同的
路線已被用來生產(chǎn)非樹突狀結(jié)構(gòu)， 如磁流體（磁流體）攪拌，噴射成形， 應(yīng)變誘導(dǎo)熔體激活結(jié)晶和部分熔化（ RAP ）的液相/近液相線鑄造等[ 3-8 ] 。 最近，切爾文斯基[ 9月11日]調(diào)查的制作鎂合金半固態(tài)組件的注塑成型過程。 菲爾德等人 [ 12 ]研究形成的半固態(tài)鎂-鋁-鋅合金擠壓 [ 13 ]修建了一個模型，半固態(tài)金屬的生長形態(tài)，用凝固和液體流速作為影響晶體形態(tài)的變化。過磷酸鈣斜槽的冷卻過程技術(shù)是一個簡單的路線。初級階段，在半固態(tài)合金冷卻斜槽重熔[ 14 ]已成為球后 。哈加和鈴木[ 14,15 ]調(diào)查鋁錠的生產(chǎn)過程為鋁- 6si合金冷卻的斜槽鑄造觸變成形的。 過共晶鋁硅合金鎂含量高，含有大量硬顆粒Mg2Si ，Mg2Si/Al復(fù)合材料是潛在的汽車制動盤材料，因為復(fù)合Mg2Si具有較高的熔融溫度， 低密度，高硬度，低的熱膨脹
系數(shù)和相當(dāng)高的彈性模量[ 8 ] 。但是，鋼筋的主要mg2si粒子在正常的復(fù)合下效果不好。因此，復(fù)合材料與粒子需要修改以獲取足夠的機(jī)械強(qiáng)度和延展性。有報道說，稀土元素，如Ce [16], Sr [17] 和其鹽類[ 18,19 ]可以修改Mg2Si形態(tài) 。經(jīng)司馬在以往的研究[ 8 ]預(yù)計以改善力學(xué)性能半固態(tài)微觀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的Mg2Si/Al 復(fù)合已制作完成 。不過，這項技術(shù)相對復(fù)雜，因為需要冷擠壓和變形。部分工作已進(jìn)行了對半固態(tài)Mg2Si/Al 復(fù)合材料進(jìn)行了冷卻斜槽鑄造和部分重熔過程。在目前的研究中，Mg2Si/Al 半固態(tài)的在原Mg2Si/Al–Si–Cu 復(fù)合材料編寫的冷卻斜槽鑄造和部分重熔過程和影響等溫持有時間對微觀結(jié)構(gòu)的綜合考察。
2 。實驗程序
Al–13 wt.% Si 中間合金（錠） ，純銅 （錠， > 99.7 ％純度）和鎂（錠， > 98.0 ％純度） 被用來編寫實驗合金。約520克共晶鋁硅中間合金熔體熔融在一個石墨坩堝電阻爐。約100克，鎂和26克
銅，預(yù)熱在300 ? c ，分別加入到Al - Si熔體在
680-700 ?15分鐘之后，熔體被注入模具鋼通過鋁冷卻斜槽（預(yù)熱在300 ?）
產(chǎn)生Mg2Si/Al 復(fù)合錠，化學(xué)成分列于表1 。
表1
Mg2Si/Al的化學(xué)成分（ wt. ％ ）
鑄造工藝如圖 1所示。
圖1
冷卻斜槽鑄造和部分重熔技術(shù)示意圖[ 15 ]
（通過從[ 15 ] ） 。隨后， 該鋼錠被削減成一系列12毫米×12毫米× 12毫米的樣本。該部分重熔過程在垂直管式爐，樣本加熱
高達(dá)560 ? C加熱時間分別為30 ， 60 ， 180和600分鐘，然后淬在冷水中。金相試樣拋光通過光學(xué)顯微鏡和使用標(biāo)準(zhǔn)程序觀看微觀結(jié)構(gòu)。 0.5 ％的氫氟酸水溶液用來蝕刻拋光樣本。通過定量分析系統(tǒng)主要固相進(jìn)行統(tǒng)計分析（ omnimet成像
系統(tǒng)buehler ，美國） 。
3 。結(jié)果與討論
據(jù)組成的合金和研究[ 8,16 ] ，作為鑄態(tài)組織的綜合構(gòu)成對mg2si ， - Al和共晶Si階段。圖A和B顯示，作為典型的鑄態(tài)組織在復(fù)合mg2si/al
分別由正常的鑄造和冷卻斜槽鑄造。那個微觀結(jié)構(gòu)的綜合顯示，形態(tài)小的mg2si作為鑄態(tài)，正常的復(fù)合材料是樹突狀（如圖2A中箭頭表示），大小約 200納米。第一階段，在復(fù)合材料冷卻邊坡現(xiàn)澆更改樹突狀至球形與直徑約 10納米，顯然可以在圖2 B可以看出。 一個原因是由于增加在核襯底在熔融后鑄件冷卻邊坡;另一個原因是有關(guān)流動熔體對邊坡。流動熔體會造成部分片段的樹突由對流。
圖 2
Mg2Si/Al 復(fù)合材料鑄態(tài)的顯微組織[ 8 ]
圖 3 A – D所示為該復(fù)合材料分別等溫?zé)崽幚?0 ， 60 ， 180和 600分鐘的冷卻斜槽鑄造演化過程的半固態(tài)微觀結(jié)構(gòu)
圖3 復(fù)合材料mg2si/al冷卻斜槽鑄造不同的保溫時間的半固態(tài)微觀結(jié)構(gòu)（a） 30分鐘（b） 60分鐘 （c） 180 分鐘 （d） 600分鐘。
圖3 A表明，作為該鑄態(tài)粗mg2si樹突是支離破碎，轉(zhuǎn)變?yōu)橐徊灰?guī)則形狀，略圓，以及形態(tài)-鋁已成為平均粒徑為球狀，保溫時間增加至60分鐘，形態(tài)學(xué)研究mg2si粒子主要復(fù)合成為平均粒徑85納米橢圓形狀和球形。
在圖3 B所示，一些較小的Al晶粒是不完全溶解尚存在液體中如圖白色箭頭表明的那樣。圖3 C表明，與mg2si和鋁顆粒等溫處理 180分鐘的綜合微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)無明顯改變，不過，鋁顆粒平均粒徑增加111納米。有興趣地注意到在圖箭頭所表明的那樣一些出現(xiàn)表面上的大球形顆粒。該區(qū)域幸存下來的小固體顆粒數(shù)額增加，與60分鐘保溫時間比較看來液體分?jǐn)?shù)增加。不幸的是，液體分?jǐn)?shù)無法衡量在本研究中存活的小型固態(tài)粒子。普瓦里埃等人 [ 20 ]報道說，鋁銅合金的液體體積分?jǐn)?shù)略有下降，在半固態(tài)等溫處理粗化時期。這一現(xiàn)象需要進(jìn)一步的研究。
圖 4該復(fù)合材料不同等溫時間鋁“小顆?！钡慕鹣囡@示。 （ a ）在180分鐘 （ b ） 600分鐘
圖4 A表明，該小柱狀形態(tài)和一些幸存不規(guī)則形狀固相標(biāo)注由圖4 A白箭頭所示。等溫處理時間高達(dá)600分鐘時，如圖所示小mg2si粒子和- Al晶粒形狀仍然是球形，。Al晶粒大小顯然增加平均粒徑149納米。此外，該金相存活的固體小顆粒明顯減少，表面上大- Al晶粒消失小顆粒出現(xiàn)。凝固的液體在處理樣品之前，淬火在水中，并且出現(xiàn)和消失，可能是由于淬火處理時間差異。從圖4B，這是清楚地表明，存活的固體顆粒形態(tài)沒有明顯變化..
更深入的了解的演變固體顆粒，晶粒的最后尺寸它決定了它的綜合力學(xué)性能[ 21 ] 。較早前[ 8] 進(jìn)行了研究， 從一個傳統(tǒng)的鑄造樹突狀結(jié)構(gòu)等溫控制形成一個半固態(tài)結(jié)構(gòu)。過渡期的固相從樹突狀成球形認(rèn)為是由于液體的滲透，即晶界是滲透液在半固態(tài)等溫控制，造成枝晶破碎，然后，支離破碎枝晶改變成球狀或橢球粒。
圖 5Al晶粒平均粒徑和保溫時間的關(guān)系。
圖 6Al晶粒形狀因子和保溫時間的關(guān)系。
鋁顆粒晶粒的尺寸和保溫時間之間的關(guān)系圖 5所示 。鋁顆粒大小隨持有時間粗化機(jī)制是聚結(jié)的粒子，即將各部分結(jié)合在一起形成的，形成新的大的顆粒[ 22 ] 。另一個奧斯特瓦爾德[ 22,23 ]成熟粗化機(jī)制 ，在其中規(guī)模較大的顆粒增長和規(guī)模較小的顆粒熔。
利用圖像分析系統(tǒng)，有多少對象在選定的地區(qū)，以及以選定的對象可以衡量[ 2 ]周長及面積 。一般情況下，形成一個對象的特點是形狀因子定義為[ 2 ] ：
那里的A0和p0分別代表該面積和周邊的物體[ 2 ] 。在圖 6表明 等溫處理改變形狀因子結(jié)果。這是表示形狀因子迅速增加，保溫時間從30至180分鐘然而F0 從0.51至0.69，一個更大的保溫時間結(jié)果不能相當(dāng)大的變化F0 ，這表明該F0 似乎達(dá)到最高值。據(jù)報道，固相顆粒趨于球形，但對于較長的保溫時間，形狀顆粒的變化放緩甚至逆轉(zhuǎn)高的固體體積分?jǐn)?shù)[ 21 ] 。要隨時想到，高固體體積分?jǐn)?shù)也意味著高的連續(xù)性，這可以歸因于球形硬撞擊的固體顆粒，導(dǎo)致顆粒的形狀扭曲[ 21 ] 。在本研究中，微觀結(jié)構(gòu)的固相體積分?jǐn)?shù)是相對較低（ ≤ 0.6 ）根據(jù)結(jié)果的定量分析，因此，努力降低撞擊機(jī)會和增加時間，更高曲率部分的固體顆粒會被溶解，并導(dǎo)致增加F0 。最后過程中達(dá)到一個動態(tài)的平衡后顆粒的形狀因子不會改變。
4 結(jié)論
復(fù)合材料mg2si/al冷卻斜槽鑄造和部分重熔過程的半固態(tài)結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：
(一) mg2si小形態(tài)階段不明顯改變保溫時間時是球形和/或橢圓形; （二）增加保溫時間從30至600分鐘，Al晶粒平均粒徑從50到150米增加，其形態(tài)變得更接近于球形; （三）鋁固體顆粒形狀因子保溫時間從30至60分鐘時迅速從0.51增至0.69。