郭莉军等：挤压铸造零件沿流程方向的成分偏析及组织偏聚 ·1043· 表1流程不同位置元素质量分数 0.5 Table 1 Composition of sample at different positions 04 检测点 位置/m s/% g/% A 0 7.49 0.48 B 0.13 7.23 0.47 0.2 C 0.26 7.12 0.46 0.1 D 0.39 6.60 0.43 E 0.52 5.96 0.37 0.2 0.40.60.8 1.01.2 0.65 5.96 0.39 位置长度m 0.78 6.10 0.40 图5Mg元素的沿流程分布 Fig.5 Mg distribution along the fluidity length H 0.91 6.25 0.41 1.04 6.34 0.42 变的越来越小，如图6所示. 1.17 7.12 0.45 对图6进行定量金相分析可得组织特征参数沿流 程的变化，如表2、图7和图8所示 量，可见螺旋线两端Si元素含量高于初始Si元素含 表2试样的组织特征沿流程的变化 量，出现正偏析：螺旋线中部Si元素含量低于初始Si Table 2 Characteristic data of the sample microstructure 元素含量，出现了负偏析 检测点位置/m初生a品粒尺寸/μm初生固相率/% 从图5中可以看出，Mg元素含量在流程长度方向 0 43.65 50.67 上也是分布不均匀；在螺旋线的两端，Mg元素含量要 50.73 高于螺旋线中部的Mg元素含量.比较合金的初始Mg B 0.13 58.21 元素含量，可见螺旋线两端Mg元素含量高于初始Mg 0.26 40.53 53.84 元素含量，出现正偏析：螺旋线中部Mg元素含量低于 0.39 33.56 49.56 初始Mg元素含量，出现负偏析.Mg元素含量的分布 0.52 27.44 43.02 趋势基本和Sⅰ元素含量的分布相同 F 0.65 28.98 36.97 8 0.78 28.32 41.56 H 0.91 15.23 43.54 1.04 14.39 48.18 1.17 17.36 47.15 从图7中，可看出初生α晶粒尺寸的趋势是先增 大后减小，随着流程长度的增加合金温度逐渐减低，使 00.20.40.60.8 得合金冷却速度增大，再加上合金内部的冲刷作用，造 1.01.2 位置长度/m 成了初生α晶粒尺寸随着流程长度的增加出现了先 图4Si元素的沿流程分布 增大后减小的趋势.在合金浇入压室后到开始加压 Fig.4 Si distribution along the fluidity length 前，这段时间合金内部会出现游离的晶粒.在充型快 结束时，压室内合金中的晶粒增多并聚集在螺旋线浇 2.2沿流程长度的组织偏聚 口附近，在压力作用下进入螺旋线开始端，所以造成了 在螺旋线的成分取样附近，取得合金金相组织照 螺旋线开始端初生α晶粒尺寸先增大. 片.沿流程的组织照片如图6(a)~(j)所示.从图6 从图8中，可看出初生α晶粒尺寸的趋势是先增 中可以看出，在浇注温度710℃时，在长度方向上组织 大后减小，而初生α体积分数的变化趋势是波动地变 出现了不均匀.螺旋线的充型开始端的组织中，出现 化，说明在沿流程方向上初生α晶粒尺寸与固相率不 了粗大的树枝晶，随着长度的延长晶粒尺寸变小，到螺 存在明显的联系 旋线末端时没有出现树枝状枝晶，而是较碎小的晶粒. 首先，进入螺旋线型腔的金属经过一定的流程后， 3 结果讨论 到螺旋线末端后合金温度有一定的降低，所以这部分 3.1合金元素的流程偏析规律 的凝固速度比较快：其次，合金的晶粒在长流程中不断 对硅镁的沿流程分布进行曲线拟合如图9所示， 的冲刷或折断，所以随着螺旋线长度的增加，合金晶粒 可发现Si元素和Mg元素分布为流程中间位置元素含郭莉军等: 挤压铸造零件沿流程方向的成分偏析及组织偏聚 表 1 流程不同位置元素质量分数 Table 1 Composition of sample at different positions 检测点 位置/m wSi /% wMg /% A 0 7. 49 0. 48 B 0. 13 7. 23 0. 47 C 0. 26 7. 12 0. 46 D 0. 39 6. 60 0. 43 E 0. 52 5. 96 0. 37 F 0. 65 5. 96 0. 39 G 0. 78 6. 10 0. 40 H 0. 91 6. 25 0. 41 I 1. 04 6. 34 0. 42 J 1. 17 7. 12 0. 45 量，可见螺旋线两端 Si 元素含量高于初始 Si 元素含 量，出现正偏析; 螺旋线中部 Si 元素含量低于初始 Si 元素含量，出现了负偏析． 从图 5 中可以看出，Mg 元素含量在流程长度方向 上也是分布不均匀; 在螺旋线的两端，Mg 元素含量要 高于螺旋线中部的 Mg 元素含量． 比较合金的初始 Mg 元素含量，可见螺旋线两端 Mg 元素含量高于初始 Mg 元素含量，出现正偏析; 螺旋线中部 Mg 元素含量低于 初始 Mg 元素含量，出现负偏析． Mg 元素含量的分布 趋势基本和 Si 元素含量的分布相同． 图 4 Si 元素的沿流程分布 Fig． 4 Si distribution along the fluidity length 2. 2 沿流程长度的组织偏聚 在螺旋线的成分取样附近，取得合金金相组织照 片． 沿流程的组织照片如图 6( a) ～ ( j) 所示． 从图 6 中可以看出，在浇注温度 710 ℃时，在长度方向上组织 出现了不均匀． 螺旋线的充型开始端的组织中，出现 了粗大的树枝晶，随着长度的延长晶粒尺寸变小，到螺 旋线末端时没有出现树枝状枝晶，而是较碎小的晶粒． 首先，进入螺旋线型腔的金属经过一定的流程后， 到螺旋线末端后合金温度有一定的降低，所以这部分 的凝固速度比较快; 其次，合金的晶粒在长流程中不断 的冲刷或折断，所以随着螺旋线长度的增加，合金晶粒 图 5 Mg 元素的沿流程分布 Fig． 5 Mg distribution along the fluidity length 变的越来越小，如图 6 所示． 对图 6 进行定量金相分析可得组织特征参数沿流 程的变化，如表 2、图 7 和图 8 所示． 表 2 试样的组织特征沿流程的变化 Table 2 Characteristic data of the sample microstructure 检测点 位置/m 初生 α 晶粒尺寸/μm 初生固相率/% A 0 43. 65 50. 67 B 0. 13 58. 21 50. 73 C 0. 26 40. 53 53. 84 D 0. 39 33. 56 49. 56 E 0. 52 27. 44 43. 02 F 0. 65 28. 98 36. 97 G 0. 78 28. 32 41. 56 H 0. 91 15. 23 43. 54 I 1. 04 14. 39 48. 18 J 1. 17 17. 36 47. 15 从图 7 中，可看出初生 α 晶粒尺寸的趋势是先增 大后减小，随着流程长度的增加合金温度逐渐减低，使 得合金冷却速度增大，再加上合金内部的冲刷作用，造 成了初生 α 晶粒尺寸随着流程长度的增加出现了先 增大后减小的趋势． 在合金浇入压室后到开始加压 前，这段时间合金内部会出现游离的晶粒． 在充型快 结束时，压室内合金中的晶粒增多并聚集在螺旋线浇 口附近，在压力作用下进入螺旋线开始端，所以造成了 螺旋线开始端初生 α 晶粒尺寸先增大． 从图 8 中，可看出初生 α 晶粒尺寸的趋势是先增 大后减小，而初生 α 体积分数的变化趋势是波动地变 化，说明在沿流程方向上初生 α 晶粒尺寸与固相率不 存在明显的联系． 3 结果讨论 3. 1 合金元素的流程偏析规律 对硅镁的沿流程分布进行曲线拟合如图 9 所示， 可发现 Si 元素和 Mg 元素分布为流程中间位置元素含 · 3401 ·