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 ·259· 压力下充型并凝固，所以考虑交互的因素有挤压压力 0'=0:-00 (1) 与挤压速度的交互作用，计作A×B.挤压压力与冷却 从表3中可看出轮缘热节位置硅存在正偏析或负 速度的交互作用，计作A×C,因素水平表见表2. 偏析.以热节位置Si的质量分数作为实验评判指标， 研究挤压工艺参数对热节位置S质量分数的影响，进 而研究挤压工艺参数对热节位置Si偏析的影响.o为 每个试样三个测点的$ⅰ元素质量分数与初始溶质质 量分数。差值的平均值，其值的正负可以表示零件的 正负偏析 表3Si元素检测结果（质量分数） Table 3 Detection results of Si content % 试样号 01 3 。”偏析类型 0.8130.6470.6470.560-0.195负偏析 图3取样示意图图 2 0.787 0.759 0.8190.847 0.021 正偏析 Fig.3 Schematic illustration of sampling 3 0.7630.9971.0300.985 0.241正偏析 4 0.8770.6580.6700.608 -0.232负偏析 0.8370.5430.5030.565-0.300负偏析 6 0.8910.7640.8450.754-0.103负偏析 7 0.8710.8410.7840.753-0.078负偏析 8 0.8480.6150.5340.557 -0.279负偏析 把表3的数据代入正交表4中，进行重复观测值 的正交表直观分析. 比较表4中各因素的极差H值可见：对零件热节 图4检测位置 位置硅质量分数影响最显著的因素是浇注温度（因素 Fig.4 Position of detection D),既不是挤压压力，也不是挤压速度：挤压压力（因 表2因素水平表 素A)和挤压速度（因素B)有重要影响，但其显著程度 Table 2 Factors and levels 次于浇注温度：冷却速度（因素C)的影响显著性较小， 与挤压速度和压力的交互作用（因素A×B)的影响作 因素 A,挤压 B,挤压速度/C,冷却 D,浇注 水平 压力/MPa (mms-1) 方式 温度/℃ 用相当. 分别以各因素水平为横坐标，硅元素质量分数的 1 20 35 纯铜 680 平均值为纵坐标，可以绘制各因素对硅质量分数的影 50 50 模具钢 730 响趋势图，如图5~图8. 以成形零件三个均匀分布部位Si的质量分数，作 由图5可见，随着浇注温度的升高，热节位置Si 为观测值.实验采用直读式光谱仪来检测不同位置S: 的质量分数在升高并逐渐靠近浇注前的Sⅰ含量，也就 的质量分数.每一次实验浇注前对合金液取样并测定 是S:的偏析程度在降低，甚至由低浇温时负偏析转变 Si的质量分数，作为合金的初始溶质质量分数，计作 为正偏析即零件热节位置Si的质量分数值大于合金 ·零件成形后，在其热节位置测定的Si溶质质量分 浇注前的Si质量分数.由图6可知：在挤压压力为 数，计作0，i=1,2,3. 20MPa和50MPa的作用下，热节位置Si的质量分数均 低于浇注前S质量分数，即出现负偏析：随着挤压压 2实验结果 力的提高，Sǐ质量分数在降低并逐渐偏离浇注前的S 合金在凝固过程中发生的化学成分不均匀现象称 质量分数，即负偏析程度增大 为偏析网.实验以零件的热节位置测定的S:元素质 由图7可知，在挤压速度为35mm·s和50mm· 量分数与浇注前Si元素质量分数的差值ω的正负作 s时，零件热节位置Si出现负偏析.随着挤压速度的 为正负偏析的判断标准，如式(1)，若ω为正则偏析为 提高，零件热节位置Sⅰ的质量分数在增加逐渐接近于 正偏析，若ω为负则偏析为负偏析.ω绝对值的大小 浇注前的S质量分数，负偏析的程度减小.由图8可 表征偏析的程度.实验检测结果如表3. 知，冷却速度对S质量分数的影响不大.在两种冷却郭莉军等: 间接挤压铸造工艺参数对铝合金中 Si 偏析的影响 压力下充型并凝固，所以考虑交互的因素有挤压压力 与挤压速度的交互作用，计作 A × B． 挤压压力与冷却 速度的交互作用，计作 A × C，因素水平表见表 2． 图 3 取样示意图图 Fig． 3 Schematic illustration of sampling 图 4 检测位置 Fig． 4 Position of detection 表 2 因素水平表 Table 2 Factors and levels 因素 水平 A，挤压 压力/MPa B，挤压速度/ ( mm·s － 1 ) C，冷却 方式 D，浇注 温度/℃ 1 20 35 纯铜 680 2 50 50 模具钢 730 以成形零件三个均匀分布部位 Si 的质量分数，作 为观测值． 实验采用直读式光谱仪来检测不同位置 Si 的质量分数． 每一次实验浇注前对合金液取样并测定 Si 的质量分数，作为合金的初始溶质质量分数，计作 ω0 ． 零件成形后，在其热节位置测定的 Si 溶质质量分 数，计作 ωi，i = 1，2，3． 2 实验结果 合金在凝固过程中发生的化学成分不均匀现象称 为偏析［10］． 实验以零件的热节位置测定的 Si 元素质 量分数与浇注前 Si 元素质量分数的差值 ω'的正负作 为正负偏析的判断标准，如式( 1) ，若 ω'为正则偏析为 正偏析，若 ω'为负则偏析为负偏析． ω'绝对值的大小 表征偏析的程度． 实验检测结果如表 3． ω' = ωi － ω0 ． ( 1) 从表 3 中可看出轮缘热节位置硅存在正偏析或负 偏析． 以热节位置 Si 的质量分数作为实验评判指标， 研究挤压工艺参数对热节位置 Si 质量分数的影响，进 而研究挤压工艺参数对热节位置 Si 偏析的影响． ω'为 每个试样三个测点的 Si 元素质量分数与初始溶质质 量分数 ω0差值的平均值，其值的正负可以表示零件的 正负偏析． 表 3 Si 元素检测结果( 质量分数) Table 3 Detection results of Si content % 试样号 ω0 ω1 ω2 ω3 ω' 偏析类型 1 0. 813 0. 647 0. 647 0. 560 － 0. 195 负偏析 2 0. 787 0. 759 0. 819 0. 847 0. 021 正偏析 3 0. 763 0. 997 1. 030 0. 985 0. 241 正偏析 4 0. 877 0. 658 0. 670 0. 608 － 0. 232 负偏析 5 0. 837 0. 543 0. 503 0. 565 － 0. 300 负偏析 6 0. 891 0. 764 0. 845 0. 754 － 0. 103 负偏析 7 0. 871 0. 841 0. 784 0. 753 － 0. 078 负偏析 8 0. 848 0. 615 0. 534 0. 557 － 0. 279 负偏析 把表 3 的数据代入正交表 4 中，进行重复观测值 的正交表直观分析． 比较表 4 中各因素的极差 Hj值可见: 对零件热节 位置硅质量分数影响最显著的因素是浇注温度( 因素 D) ，既不是挤压压力，也不是挤压速度; 挤压压力( 因 素 A) 和挤压速度( 因素 B) 有重要影响，但其显著程度 次于浇注温度; 冷却速度( 因素 C) 的影响显著性较小， 与挤压速度和压力的交互作用( 因素 A × B) 的影响作 用相当． 分别以各因素水平为横坐标，硅元素质量分数的 平均值为纵坐标，可以绘制各因素对硅质量分数的影 响趋势图，如图 5 ～ 图 8． 由图 5 可见，随着浇注温度的升高，热节位置 Si 的质量分数在升高并逐渐靠近浇注前的 Si 含量，也就 是 Si 的偏析程度在降低，甚至由低浇温时负偏析转变 为正偏析即零件热节位置 Si 的质量分数值大于合金 浇注前的 Si 质量分数． 由图 6 可知: 在挤压压力为 20 MPa和 50 MPa 的作用下，热节位置 Si 的质量分数均 低于浇注前 Si 质量分数，即出现负偏析; 随着挤压压 力的提高，Si 质量分数在降低并逐渐偏离浇注前的 Si 质量分数，即负偏析程度增大． 由图 7 可知，在挤压速度为 35 mm·s － 1 和 50 mm· s － 1时，零件热节位置 Si 出现负偏析． 随着挤压速度的 提高，零件热节位置 Si 的质量分数在增加逐渐接近于 浇注前的 Si 质量分数，负偏析的程度减小． 由图 8 可 知，冷却速度对 Si 质量分数的影响不大． 在两种冷却 · 952 ·