第6期 杨柳青等：AZ91D镁合金流变压铸成形组织特征 ·771° 陷的关系上已经获得了较大的突破.然而，对于传 础上重点研究了不同半固态浆料制备工艺参数下流变 统压铸工艺而言，气孔缺陷几乎是不可避免的 压铸成形件的组织特征，并分析了流变压铸成形过程 为了消除压铸件内部孔洞缺陷，近年来，挤压铸 中半固态镁合金浆料的组织形城机理及其凝固行为. 造、真空压铸、充氧压铸以及半固态流变压铸技术等 1实验 相继发展了起来.其中，半固态流变压铸成形技术， 不仅保持了半固态流变成形的特点，还保持了传统 1.1实验设备及材料 压铸技术高效率、低成本的特征，因此具有广泛的工 半固态浆料制备设备为自行研制开发的锥桶式 业化应用价值.不过到目前为止，半固态浆料的快 流变成形机(，主要由浆料制备装置、传动机构、升 速制备以及输送仍然是制约该技术快速发展的瓶 降机构、浆料输送装置、气体保护系统、温度控制系 颈，导致其没有得到大规模的工业化应用， 统以及压铸系统构成.实验用压铸机为TOYO BD 本文以广泛应用的A1D压铸镁合金为实验 900V4-卧式冷室压铸机，选用生产用一模两腔的 材料，以建筑刮板为例，采用自行研制开发的半固态 建筑刮板压铸模具为实验模具，该压铸模具属于厚 浆料制备设备一锥桶式流变成形机(per barrel 壁件模具，内浇口面积较大，适合进行流变压铸成 heomoulding machine TBR).并结合TOYO BD 形.实验材料选用商用高纯A四1D镁合金，合金液 900V4-卧式冷室压铸机，实现了从半固态浆料制 相线和固相线温度分别为595℃和470℃，合金锭通 备到压铸成形的一体化流变压铸工艺过程.在此基 过ARI3460型直读光谱仪测定，其化学成分见表1. 表1A1D镁合金的化学成分（质量分数） Table I Chem ical composition of the A791D magnesim alby ngot % Al m Mn Si Fe Cu Ni Be Mg 94453 06616 0.2043 00363 00009 0.0047 00010 00007 余量 1.2实验方法 体进行保护，防止熔体氧化燃烧.实验压铸工艺参 将A1D镁合金锭放入预热温度150℃的预热 数为：压铸机锁模力9000ky铸造压力75MPa低 炉中保温，然后转入预热到400℃的熔化炉内升温 速速度035ms',高速速度35ms,模具温度 至680℃熔化，为防止镁合金液氧化燃烧，熔化过程 200℃. 中通过R上2号覆盖剂进行保护.然后将熔融的镁 从建筑刮板件直浇道上切割试样（切取位置见 合金液浇注到事先设定好工艺参数（具体工艺参数 图1)进行粗磨、精磨和抛光，通过4%的硝酸酒精侵 见表2)的BR设备内部，合金液在通过TBR设备 蚀，用热水冲洗、吹千.采用NEOPHOT21光学显微 锥桶间隙时，内外锥桶的相对高速转动使其在凝固 镜以及Cambrilge S360型扫描电镜对组织进行观 过程中发生了强烈的剪切扰动，剪切时间为5~8§ 察和分析，利用mageTool3.0图像软件考察工艺参 最后将制备的半固态浆料通过浆料输送装置输送到 数对初生固相晶粒尺寸、形状因子的影响.初生固 压铸机压射室进行压铸成形.半固态浆料制备及输 N 相晶粒尺寸使用等效面积圆直径D= 送在一个封闭的环境中进行，且通入氩气对合金熔 表2A否1D镁合金半固态浆料制备工艺参数 4A N装示，形状因子用F- A./ Tab e2 Pocessing parm eters for preparing the sem i sold A7o1D mag nesium alby slumy 表示，其中A、B分别为第个初生a-Mg 试样 浇注内锥桶转速/剪切 锥桶 晶粒面积、晶粒截面周长，为晶粒总数.越大越 编号 温度心(mr)温度C间隙/mm 1 680 300 590 取样位置 0 2 680 500 590 3 680 600 590 直浇道 4 680 700 590 2 5 600 580 0 680 6 680 600 570 图1试样切取位置示意图 7 680 600 600 Fg1 Sanp ling position of he architectural scraper第 6期 杨柳青等:AZ91D镁合金流变压铸成形组织特征 陷的关系上已经获得了较大的突破.然而, 对于传 统压铸工艺而言, 气孔缺陷几乎是不可避免的 . 为了消除压铸件内部孔洞缺陷, 近年来, 挤压铸 造 、真空压铸 、充氧压铸以及半固态流变压铸技术等 相继发展了起来 .其中, 半固态流变压铸成形技术, 不仅保持了半固态流变成形的特点, 还保持了传统 压铸技术高效率 、低成本的特征, 因此具有广泛的工 业化应用价值.不过到目前为止, 半固态浆料的快 速制备以及输送仍然是制约该技术快速发展的瓶 颈, 导致其没有得到大规模的工业化应用 . 本文以广泛应用的 AZ91D压铸镁合金为实验 材料, 以建筑刮板为例, 采用自行研制开发的半固态 浆料制备设备———锥桶式流变成形机 ( taperbarrel rheomouldingmachine, TBR), 并 结 合 TOYO BD-- 900V4--T卧式冷室压铸机, 实现了从半固态浆料制 备到压铸成形的一体化流变压铸工艺过程.在此基 础上重点研究了不同半固态浆料制备工艺参数下流变 压铸成形件的组织特征, 并分析了流变压铸成形过程 中半固态镁合金浆料的组织形成机理及其凝固行为. 1 实验 1.1 实验设备及材料 半固态浆料制备设备为自行研制开发的锥桶式 流变成形机 [ 6] , 主要由浆料制备装置、传动机构、升 降机构、浆料输送装置、气体保护系统 、温度控制系 统以及压铸系统构成.实验用压铸机为 TOYOBD-- 900V4--T卧式冷室压铸机, 选用生产用一模两腔的 建筑刮板压铸模具为实验模具, 该压铸模具属于厚 壁件模具, 内浇口面积较大, 适合进行流变压铸成 形.实验材料选用商用高纯 AZ91D镁合金, 合金液 相线和固相线温度分别为 595℃和 470℃, 合金锭通 过 ARL3460型直读光谱仪测定, 其化学成分见表 1. 表 1 AZ91D镁合金的化学成分 (质量分数 ) Table1 ChemicalcompositionoftheAZ91Dmagnesiumalloyingot % Al Zn Mn Si Fe Cu Ni Be Mg 9.445 3 0.661 6 0.204 3 0.036 3 0.000 9 0.004 7 0.001 0 0.000 7 余量 1.2 实验方法 将 AZ91D镁合金锭放入预热温度 150℃的预热 炉中保温, 然后转入预热到 400℃的熔化炉内升温 至 680℃熔化, 为防止镁合金液氧化燃烧, 熔化过程 中通过 RJ--2号覆盖剂进行保护.然后将熔融的镁 合金液浇注到事先设定好工艺参数 (具体工艺参数 见表 2)的 TBR设备内部, 合金液在通过 TBR设备 锥桶间隙时, 内外锥桶的相对高速转动使其在凝固 过程中发生了强烈的剪切扰动, 剪切时间为 5 ～ 8 s, 最后将制备的半固态浆料通过浆料输送装置输送到 压铸机压射室进行压铸成形.半固态浆料制备及输 送在一个封闭的环境中进行, 且通入氩气对合金熔 表 2 AZ91D镁合金半固态浆料制备工艺参数 Table2 Processingparametersforpreparingthesemi-solidAZ91Dmag￾nesiumalloyslurry 试样 编号 浇注 温度 /℃ 内锥桶转速 / ( r·min-1 ) 剪切 温度 /℃ 锥桶 间隙 /mm 1 680 300 590 3 2 680 500 590 3 3 680 600 590 3 4 680 700 590 3 5 680 600 580 3 6 680 600 570 3 7 680 600 600 3 体进行保护, 防止熔体氧化燃烧 .实验压铸工艺参 数为 :压铸机锁模力 9 000 kN, 铸造压力 75 MPa, 低 速速度 0.35 m·s -1 , 高速速度 3.5 m·s -1 , 模具温度 200℃. 从建筑刮板件直浇道上切割试样 (切取位置见 图 1)进行粗磨 、精磨和抛光, 通过 4%的硝酸酒精侵 图 1 试样切取位置示意图 Fig.1 Samplingpositionofthearchitecturalscraper 蚀, 用热水冲洗 、吹干.采用 NEOPHOT21光学显微 镜以及 CambridgeS--360型扫描电镜对组织进行观 察和分析, 利用 ImageTool3.0图像软件考察工艺参 数对初生固相晶粒尺寸 、形状因子的影响 .初生固 相晶粒 尺寸使 用等 效面 积圆 直径 Deq = ∑ N n=1 4An /π N表示, 形状因子用 F= ∑ N n=1 4πAn/ P 2 n N表示, 其中 An、Pn分别为第 n个初生 α--Mg 晶粒面积 、晶粒截面周长, N为晶粒总数 .F越大越 · 771·