郭莉军等：间接挤压铸造工艺参数对铝合金中S偏析的影响 261 凝固相发生塑性变形补充 0.80 0.78 0.76 0.74 0.72 100m 0.70 a 0.68 4 B2 挤压速度 图7挤压速度对S质量分数的影响 Fig.7 Effect of squeeze speed on the Si content 0.85 1004m (h) 0.81 图9 不同位置的组织.(a)热节位置的组织：(b)边缘位置的 0.79 组织 0.77 Fig.9 Microstructures of different positions:(a)hot spot zone: 0.75 (b)edge 0.73 0.71 3.2热节位置负偏析的形成机理 0.69 由表3看出，在正交设计的实验结果中，绝大多数 CI C2 冷却方式 实验结果均为负偏析.硅在铝合金中的平衡分配系数 图8冷却方式对Si质量分数的影响 小于1.在重力铸造情况下，随着凝固的进行，高S质 Fig.8 Effect of cooling type on the Si content 量分数的残余液相逐渐集中在最后凝固区域.热节位 置的溶质质量分数是高于先凝固位置的质量分数，即 是充型过程增加的凝固量也越多，进一步使残余液相 出现的是正偏析.但本实验结果是，在热节位置硅的 中硅质量分数提高.第三阶段是保压凝固期间.在合 质量分数低于平均质量分数，即出现负偏析.这一现 金液充满型腔后，合金液在压力作用下发生流变以及 象在前人的研究中均未见到. 凝固.这个阶段工件受到的是三向压应力.但是，伴 间接挤压铸造中的补缩部分，通过浇道对收缩的 随着凝固的进行，工件体积减小，在压力作用下，液相 部分进行补缩。因为内浇道具有较小的横截面积，所 或固液混合物就会向收缩部位流动实现补缩。可见， 以内浇道比热节位置先凝固.在金属液充满型腔后， 正是这种补缩流的方向决定了偏析的类别和程度. 合金中液相比固相有更高的流动速度.首先热节位置 图9(a)中晶粒比图9(b)中晶粒较粗大，而且晶 的含Sⅰ量高的残余液相在压力作用下对先凝固部分 粒没有完整的晶界包围，共晶成分较聚集.图9(b)中 的体收缩进行补缩，降低了热节位置的Si质量分数 晶粒较小，晶粒有完整的晶界包围.在凝固过程中，零 然后在凝固后期，内浇道的凝固相增多，液相逐步减 件热节位置的固相在不断增加，液相在不断减少，枝晶 少，枝晶间的通道逐步封闭，同时合金的收缩集中到了 间的补缩通道是会改变的.首先，零件热节位置的残 零件的热节位置.内浇道中没有含Si量高的残余液相 余液相在压力作用下对零件其余部分的收缩体积进行 向热节位置收缩部分补缩.随着凝固的进一步进行， 补缩然后，在内浇道的枝晶间的通道封闭之后，补缩 在压力的作用下，内饶道中的凝固相包裹着少量的残 通道内的固相和液相混合液对热节位置的收缩体积进 余液相发生塑性变形，对零件的热节部位进行补缩 行补缩。在没有残余液相补缩的情况下，压力作用使 热节位置的凝固晶粒相互挤压发生塑性变形，共晶成 固相发生少量塑性变形，同时热节位置的残余液相被 分被挤压聚集，造成热节位置出现反偏析现象，其过程 挤压聚集.这样使得热节位置的固相晶粒在压力作用 示意图如图10 下相互挤压，部分晶界消失，部分晶粒相互连通.远离 3.3浇注温度主因论 热节位置的部位，随着凝固的进行，含S量高的残余 实验结果可知，零件热节位置的偏析既不支持压 液相在压力作用下对先凝固部分收缩的体积进行补 力主因论，也不支持传热主因论事实上，浇注温度主 缩.由实验可知在硅偏析形成过程的第三阶段中，凝 要影响第一阶段的溶质排出量，同时也影响合金液的 固体积收缩的部分不是完全由残余液相补充，而是由 凝固时间.高的浇注温度下，压室内合金液中的凝固郭莉军等: 间接挤压铸造工艺参数对铝合金中 Si 偏析的影响 图 7 挤压速度对 Si 质量分数的影响 Fig． 7 Effect of squeeze speed on the Si content 图 8 冷却方式对 Si 质量分数的影响 Fig． 8 Effect of cooling type on the Si content 是充型过程增加的凝固量也越多，进一步使残余液相 中硅质量分数提高． 第三阶段是保压凝固期间． 在合 金液充满型腔后，合金液在压力作用下发生流变以及 凝固． 这个阶段工件受到的是三向压应力． 但是，伴 随着凝固的进行，工件体积减小，在压力作用下，液相 或固液混合物就会向收缩部位流动实现补缩． 可见， 正是这种补缩流的方向决定了偏析的类别和程度． 图 9( a) 中晶粒比图 9( b) 中晶粒较粗大，而且晶 粒没有完整的晶界包围，共晶成分较聚集． 图 9( b) 中 晶粒较小，晶粒有完整的晶界包围． 在凝固过程中，零 件热节位置的固相在不断增加，液相在不断减少，枝晶 间的补缩通道是会改变的． 首先，零件热节位置的残 余液相在压力作用下对零件其余部分的收缩体积进行 补缩． 然后，在内浇道的枝晶间的通道封闭之后，补缩 通道内的固相和液相混合液对热节位置的收缩体积进 行补缩． 在没有残余液相补缩的情况下，压力作用使 固相发生少量塑性变形，同时热节位置的残余液相被 挤压聚集． 这样使得热节位置的固相晶粒在压力作用 下相互挤压，部分晶界消失，部分晶粒相互连通． 远离 热节位置的部位，随着凝固的进行，含 Si 量高的残余 液相在压力作用下对先凝固部分收缩的体积进行补 缩． 由实验可知在硅偏析形成过程的第三阶段中，凝 固体积收缩的部分不是完全由残余液相补充，而是由 凝固相发生塑性变形补充． 图 9 不同位置的组织． ( a) 热节位置的组织; ( b) 边缘位置的 组织 Fig． 9 Microstructures of different positions: ( a) hot spot zone; ( b) edge 3. 2 热节位置负偏析的形成机理 由表 3 看出，在正交设计的实验结果中，绝大多数 实验结果均为负偏析． 硅在铝合金中的平衡分配系数 小于 1． 在重力铸造情况下，随着凝固的进行，高 Si 质 量分数的残余液相逐渐集中在最后凝固区域． 热节位 置的溶质质量分数是高于先凝固位置的质量分数，即 出现的是正偏析． 但本实验结果是，在热节位置硅的 质量分数低于平均质量分数，即出现负偏析． 这一现 象在前人的研究中均未见到． 间接挤压铸造中的补缩部分，通过浇道对收缩的 部分进行补缩． 因为内浇道具有较小的横截面积，所 以内浇道比热节位置先凝固． 在金属液充满型腔后， 合金中液相比固相有更高的流动速度． 首先热节位置 的含 Si 量高的残余液相在压力作用下对先凝固部分 的体收缩进行补缩，降低了热节位置的 Si 质量分数． 然后在凝固后期，内浇道的凝固相增多，液相逐步减 少，枝晶间的通道逐步封闭，同时合金的收缩集中到了 零件的热节位置． 内浇道中没有含 Si 量高的残余液相 向热节位置收缩部分补缩． 随着凝固的进一步进行， 在压力的作用下，内浇道中的凝固相包裹着少量的残 余液相发生塑性变形，对零件的热节部位进行补缩． 热节位置的凝固晶粒相互挤压发生塑性变形，共晶成 分被挤压聚集，造成热节位置出现反偏析现象，其过程 示意图如图 10． 3. 3 浇注温度主因论 实验结果可知，零件热节位置的偏析既不支持压 力主因论，也不支持传热主因论． 事实上，浇注温度主 要影响第一阶段的溶质排出量，同时也影响合金液的 凝固时间． 高的浇注温度下，压室内合金液中的凝固 · 162 ·