VoL23 No.5 宋仁伯等：半固态钢铁材料流变轧制的实验研究 ·441· 得到的力学性能要普遍高于普通轧制状态下的 有提高：(2)由于半固态轧制产品的边部和中部 1Cr18Ni9Ti的力学性能，表现出良好的塑性.这 组织分布的差异，在力学性能上表现出明显的 可能与高的固相率(6=0.6)有关，其球形晶粒多， 不同；(3)在轧制过程中，如果轧件与轧辊的温差 组织成分均匀.从变形机理分析，它的变形是一 很大，会导致轧件的表面产生裂纹.同时，若在 个从塑性变形到超塑性变形的过程，但变形机 轧件的宽度方向上没有约束，定会产生边裂，因 理尚有待进一步深入研究. 此对轧件的侧封是必要的 表面硬度试验结果（表2）表明：在轧制过程 参考文献 中，由于半固态浆料固液相的偏析，使轧件中心 1谢水生，黄声宏，半固态金属加工技术及其应用.北 和表面处组织分布不均匀，表面处有大量细小 京：冶金工业出版社，1999.3 枝品，这会导致轧件表面硬度偏低，且使半固态 2 Kattamis T Z,Peccone T J.Rheology of Semi-Solid 轧件表面硬度分布不均匀. Al-4.5%Cu-1.5%Mg Alloy.Material Science Engineer- 23半固态浆料轧制产品的表面质量 ing,1991,131A:265 (1)表面裂纹.半固态浆料的轧制温度在 3 Turng L S,Wang KK.Rheological Behavior and Model- 1400℃左右，轧辊为空心辊，中间通水冷却.轧 ing of Semi-solid Sn-15%Pb Alloy.Journal of Materials Science.1991,26:2173 辊紧靠近保温装置的下端口，由于热辐射，轧辊 4 Quaak C J,Horsten MG,Kool W H.Rheological Behavior 表面温度比水温略高.轧后轧件可以看到表面 of Partially Solidified Aluminum Matrix Composites.Ma- 有许多不规则的细小裂纹.初步认为，当轧辊与 terials Science Engineering,1994,183A:247 浆料接触时，浆料处于急冷状态，产生很大的热 5 Geindreau C,Auriault J L.Inv Estigation of the Viscoplas- 应力，而没有后续加工，致使表面裂纹的出现. tic Behavior of Alloys in the Semi-solid State by Homo- (2)边裂.在轧制过程中，浆料在宽度方向 genization.Mechanics of Materials,1999,31:535 6 Yu Y B,Song P Y,Kim SS,Lee J H.Possibility of Im- 上没有约束限制，处于自由宽展状态，浆料的变 proving Tensile Strength of Semi-solid Processed A356 形量又很大，可达60%，大部分液相会流向轧件 Alloy by a Post Heat Treatment at an Extremely High 的宽度方向上；当变形速率较大时，液相来不及 Temperature.Scripta Materialia,1999,41(7):767 补充，边部留下孔洞，产生应力集中，形成裂纹. 7 Ferriante M,Freitas E de.Rheology and Microstructure 若浆料的固相率较低，液相较多时，会出现“流 Development of a Al-4%Cu Alloy in the Semi-solid state. Materials Science and Engineering,1999,271A:172 汤”现象，但开裂的倾向小，边部比较圆整 8 Choi Jaechan,Park Hyungjin,Kim Byungmin.The Influ- 3结论 ence of Induction Heating on the Microstructure of A356 for Semi-solid Forging.Journal of Materials Processing (1)通过试验研究发现，随着半固态浆料固 Technology,1999,87:46 相率的提高，轧件的组织均匀性及力学性能都 Experimental Study on Semi-solid Steels for Rheorolling SONG Renbo,KANG Yonglin,SUN Jianlin,ZHAO Aimin,MAO Weimin Materials Science and Engineering School,UST Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT The experimental study on the familiar 60Si2Mn and 1Cr18Ni9Ti materials for rheorolling in the semi-solid state using the directly rolling system designed by oneself has done.Experimental results show that the segregation of liquid occurs when the semi-solid slurry is rolled,which influence the microstructure and mechanical properties of workpiece under room temperature.The globular solid particles don't present plastic deformation unless high solid fraction.At the same time,the mechanical properties of workpiece is good while the semi-solid slurry is rolled a pass and no other treatment.Surface cracks found on the surface of workpiece are caused by temperature difference between the slurry and the roller or other factors.And it is necessary to restrict the flow of the slurry in the width direction during rolling for avoiding edge cracks. KEY WORDS semi-solid;solid fraction;rheorolling;segregation;mechanical property;crackV七2L 3 N o . 5 宋 仁伯等 : 半固态钢 铁材 料流变 轧制 的实 验研 究 . 4 1 . 得到的力学性 能要普遍 高于普 通轧制状态下 的 I C r 1N8 gi iT 的力学性 能 , 表现 出 良好 的塑 性 . 这 可 能与高 的固 相率伏二 0 . 6) 有关 , 其球形 晶粒多 , 组织成分均匀 . 从变形机理分析 , 它的变形是一 个从塑性 变形到超 塑性 变形 的过程 , 但变形机 理 尚有 待进一步深 入研究 . 表面 硬度试验结 果( 表 2) 表明 : 在轧制过程 中 , 由于 半 固 态浆料 固液相 的偏 析 , 使轧件 中心 和表 面处 组织分布 不均匀 , 表 面 处有大量细小 枝 晶 , 这会 导致轧件表面硬度偏低 , 且使半固态 轧件 表面硬度分 布不均匀 . .2 3 半固态浆料轧制产 品的表面质t ( l) 表面 裂纹 . 半 固态 浆料 的轧制 温度在 14 0 0℃ 左 右 , 轧辊为空 心 辊 , 中间通 水 冷却 . 轧 辊 紧靠近保温装置 的下 端 口 , 由于热辐射 , 轧辊 表面温度 比水 温略高 . 轧后轧件可 以看 到表面 有许 多不 规则 的细 小裂纹 . 初 步认为 , 当轧辊与 浆料接触时 , 浆料处于 急冷状态 , 产生很大的 热 应力 , 而没有后续加 工 , 致使表 面裂纹 的出现 . ( 2 )边 裂 . 在轧制过程 中 , 浆料在 宽度 方 向 上没有约束 限制 , 处于 自由宽展状态 , 浆料 的变 形量 又很大 , 可 达 60 % , 大部分液相会流 向轧件 的宽度方 向上 ; 当变形速率较 大时 , 液相 来不 及 补充 , 边部 留下孔洞 , 产生 应力集 中 , 形成裂纹 . 若浆料 的固相 率较低 , 液 相较多时 , 会 出现 “ 流 汤 ” 现象 , 但开裂 的倾 向小 , 边部 比较 圆整 ` .s] 3 结论 ( l) 通过试验研究发现 , 随着半 固态浆料 固 相率 的提高 , 轧件 的组织 均匀性及力 学性能都 有提高 ; (2 )由于 半 固态轧制产品 的边部和 中部 组织 分布的 差异 , 在力学性 能上 表现 出 明显 的 不 同; (3) 在轧制过程 中 , 如果轧件 与轧辊的温差 很 大 , 会导致轧件 的表面 产生裂纹 . 同时 , 若在 轧件 的宽度方 向上没有 约束 , 定会产生边裂 , 因 此对 轧件的侧封是 必要 的 . 参 考 文 献 1 谢水 生 , 黄 声宏 . 半固态 金属 加工技 术及其应 用 , 北 京 : 冶金工 业 出版 社 , 1 9 9 . 3 2 aK t aj nr i s T Z , P e e e o n e T J . Rhe o l o gy o f s e m i 一 S o li d A I 一 4 . 5% C u 一 1 . 5% M g A ll o y . M aet ir a l S c i e n e e E n g i n e e r - i n g , 19 9 1 , 1 3 1A : 26 5 3 Tu m g L S , 叭伯n g K K . hR e o l o g i e a l B e hva i o r an d M o d e l - i n g o f S e m i 一 s o lid S n 一 1 5% Pb A l l o y . J o u nr a l o f M aet ir a l s S e i e n e e , 19 9 1 , 2 6 : 2 1 7 3 4 Q u a ak C J , H o r s t e n M G , K o o l W H . Rh e o l o g i e a l B e hva i o r o f P art i a lly S o l id iif e d A lum in u m M a tr 议 C o m P o s iet s . M a - t e ir a l s S e i e n e e E n g i n e e inr g , 199 4 , 1 83 A : 24 7 5 eG ind r e a u C , A ur i a u it J L . nI v E st i gat io n o f ht e V i s c 0 P las - ti e B e h a v i o r o f A l loy s i n ht e S e m i 一 s o lid Sat t e by H o m o - g e n iaz t i o n . Me e h an i e s o f M a t e r i a l s , 1 9 9 9 , 3 1 : 5 3 5 6 uY Y B , S o ng P Y, Ki m S S , L e e J H . P o s s i bi li ty o f ln - P r o v in g eT n s i l e S tre n ght o f S e m i 一 s o l id P r o e e s s e d A 3 5 6 A ll o y by a P o s t H e a t T r e a it n e n t at an E x t r e m e ly H i g h eT m P e r atu r e . S e r i atP M at e r i a li a , 19 9 9 , 4 1 (7 ) : 7 6 7 7 F e ir an t e M , F re i t a s E d e . hR e o l o gy an d M i e or s tru e n 叮 e D e v e loP m e n t o f a A I 一 4% C u A l l o y i n ht e s e m i 一s o li d s t a t e . M ate ir a l s S e i e n e e an d E n g i n e e n n g , 19 99 , 2 7 l A : 17 2 8 C h o i j a e e h an , P ar k yH u n 自i n , K 而 B yU n gln i n . hT e l n fl u - e n e e o f l n d u c ti o n H e a t in g o n ht e M i e or s utr e t u er o f A 3 5 6 for S enr i 一 s o lid F o笔 ing . J o u r n a l o f M at e ir a l s Por e e s s in g eT c hn o l o gy, 19 9 9 , 87 : 4 6 E x P e r im e n t a l S t u d y o n S e m i 一 s o l i d S t e e l s of r R h e o r o l il n g S 口刀G R e n ob , 犬注N G oY州in , S 〔力V iJ a nl in , 刀例 O A im in , 人翻 O 肠 im in M at ier aj s S e i e n e e an d E明in e e n n g S e h o o l , U S T B e ij in g , B e ij in g 10 0 0 8 3 . C h in a A B S T R A C T Th e e xP e ir m e nat l s ut 勿 o n ht e 细11 iliar 6 0 S iZM n an d I C r l 8N i g iT m at e ir a l s for ht e or o llin g in het s e m i 一 s o lid s at et u s i n g ht e d ier e t l y or lling s y s t e m d e s ign e d 勿 o n e s e lf h a s d on e . E x Pe r而e nat l er s ul st hs ow 小鱿 ht e s e gr e g iat o n o f liq ul d o e e ur s w h e n ht e s e m i 一 s o lid s l u r r y 1 5 or ll e d , w h i e h i n fl u e cn e ht e m i cor s utr c tL 叮 e a n d m e e h耐 e a l Por Pe irt e s o f w o r冲 i e e e un d e r r o o m et m Pe r a t u r e . hT e g lob ul ar s o lid P叭i e l e s d o n , t rP e s e nt Pl a s it e de fo n n at i o n un l e s s hi hg s o lid far e t i o n . A t ht e s am e t加e , ht e m ec h an i e a l P r o Pe rt i e s o f w o r kP iec e 1 5 g o o d w hi l e ht e s e m i 一 s o lid s 1 L川yr 1 5 or ll e d a P a s s an d n o o ht er etr a it n e in . S u r fa e e e ar e ks fo un d o n ht e s ur fa e e o f w o 比甲i e c e ar e e a us e d b y t e m P e r a ut r e d ifl 笼r e cn e b e wt e e n ht e s l l l n 了 an d ht e r o ll e r o r o ht e r fa e tor s . iA l d it 1 5 en e e s s ayr ot r e istr ct ht e fl ow o f ht e s l u n y i n ht e w i hdt d ier e t i o n d u r in g r o llin g fo r va o i idn g e dg e e ar e ks . K E Y W O R D S s e m i 一 s o lid : s o lid far e t fo n ; r h e o or llin g : s e gr e g at ion : m e e h an i e a l rP op e yrt : e ar e k