電磁離心鑄造法制備鋁硅合金半固態(tài)組織研究

電磁離心鑄造法制備鋁硅合金半固態(tài)組織研究

王學(xué)東，高軍芳，趙玉清

（邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，河北邢臺(tái)054035）

    摘要：通過在離心機(jī)上安裝磁鐵，成功制備出了鋁硅合金半固態(tài)組織試樣；研究了安裝磁鐵后離心機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)半固態(tài)組織的影響。結(jié)果表明，在安裝磁鐵情況下，離心機(jī)轉(zhuǎn)速越高，鋁硅合金的組織越細(xì)小均勻。

    關(guān)鍵詞：離心機(jī)；半固態(tài)組織；磁鐵

    中圖分類號(hào)：TG249.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-3814(2010)11-0073-01

    半固態(tài)成形技術(shù)是一種新的金屬材料成形技術(shù)，其原理是在金屬凝固過程中，對(duì)其實(shí)施干擾，改變金屬凝固組織的生長(zhǎng)方式，使其形成一種全新的固-液兩相混合物。利用半固態(tài)成形可以消除常規(guī)鑄造生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的粗大枝晶，獲得更加細(xì)小均勻的金屬凝固組織。半固態(tài)成形技術(shù)出現(xiàn)以來，許多國(guó)家都進(jìn)行了相關(guān)的研究，出現(xiàn)了許多半固態(tài)成形方法，如機(jī)械攪拌法，噴射沉積法，電磁攪拌法等[1-3]，這些技術(shù)多用于半固態(tài)方面的理論研究，與半固態(tài)成形技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用相差較遠(yuǎn)。為了將半固態(tài)技術(shù)與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合起來，本研究在普通離心鑄造機(jī)上安裝了磁鐵。安裝在離心鑄造機(jī)上的磁鐵在鑄造冷型中形成了一個(gè)磁場(chǎng)，在鑄造過程中，金屬液隨冷型轉(zhuǎn)動(dòng)，做切割磁力線運(yùn)動(dòng)，金屬液內(nèi)部產(chǎn)生電流，電流和磁場(chǎng)相互干擾，金屬原有的生長(zhǎng)方式被打亂。當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)速不同時(shí)，電流和磁場(chǎng)相互干擾程度不同。因此本研究在不同的轉(zhuǎn)速下，制備了鋁硅合金半固態(tài)試樣，對(duì)半固態(tài)成形技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行研究和探討。

    1·實(shí)驗(yàn)過程

    1.1實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

    實(shí)驗(yàn)前將ZL101鋁錠切割成20mm×20mm左右的小塊；檢查箱式電阻爐工作狀態(tài)是否正常，檢查調(diào)試離心機(jī)，準(zhǔn)備鋼鋸、400～1000號(hào)水砂紙、拋光膏、1wt%的NaOH溶液，金相顯微鏡及照相設(shè)備。

    1.2實(shí)驗(yàn)過程

    將裝有ZL101的坩堝放入箱式電阻爐，熔煉鋁硅合金，電阻爐的溫度控制在（720±10）℃，在熔煉合金的同時(shí)將鑄造冷型和澆注系統(tǒng)預(yù)熱至400℃左右，制備第1個(gè)試樣時(shí)在離心機(jī)上不安裝磁鐵，轉(zhuǎn)速為500r/min，制備第2～4個(gè)試樣時(shí)在離心機(jī)上安裝磁鐵，轉(zhuǎn)速分別為300、500和800r/min。合金熔煉好以后，開啟離心機(jī)，將金屬液澆入冷型，分別按照上述工藝參數(shù)制備4個(gè)試樣。取出試樣后，用鋼鋸在中間部位鋸取一小塊，經(jīng)粗磨、預(yù)磨、拋光、浸蝕（1wt%的NaOH溶液）后制成金相試樣，用金相顯微鏡進(jìn)行觀察并照取金相照片，見圖1。

    2·實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

    觀察試樣1的金相照片可以看到明顯的樹枝狀初生α相，這說明在不安裝磁鐵的情況下，離心鑄造ZL101的凝固組織按照樹枝晶的生長(zhǎng)方式進(jìn)行凝固；觀察試樣2的金相照片可以看出，初生α相變細(xì)變短，這說明電磁作用使ZL101凝固組織的生長(zhǎng)方式發(fā)生了改變；觀察試樣3的金相照片可以看出，初生α相的枝晶生長(zhǎng)方式基本被打亂，組織中已經(jīng)觀察不到較長(zhǎng)的枝晶了，這說明轉(zhuǎn)速增加時(shí)電磁作用加強(qiáng)，ZL101凝固組織的生長(zhǎng)方式發(fā)生了較大改變；觀察試樣4的金相照片可以看出，初生α相的枝晶生長(zhǎng)方式完全被打亂，這進(jìn)一步說明提高離心機(jī)轉(zhuǎn)速電磁作用增強(qiáng)，ZL101凝固組織的生長(zhǎng)方式完全被打亂。

                        圖1不同工藝條件下ALSi7Mg合金的金相組織

    3·結(jié)論

    （1）不加磁場(chǎng)情況下，離心鑄造Al-Si合金的凝固組織呈枝晶狀態(tài)。

    （2）安裝磁鐵，可以改變離心鑄造時(shí)Al-Si合金的凝固組織。

    （3）安裝磁鐵情況下，隨著離心機(jī)轉(zhuǎn)速增加，電磁作用對(duì)Al-Si合金凝固組織的影響不斷加強(qiáng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到800r/min時(shí)，Al-Si合金枝晶生長(zhǎng)方式完全被打亂。

參考文獻(xiàn)：

[1]Flemings M C．Behavior of metal alloys in the semi-solid state[J]．

Metallurgical Transactions A，1991，22(5)：957-981．

[2]朱鳴芳，蘇華欽．半固態(tài)鑄造技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J]．特種鑄造及有色合金1996，16（2）：29-31．

[3]毛衛(wèi)民．半固態(tài)金屬成形技術(shù)[M]．北京．機(jī)械工業(yè)出版社，2006．8-38.