Vol.24 杨卯生等：60SiMn半固态非枝晶组织特征与触变性能 ·517· 15 30 铸态 o 3 20 edW/o 1e=0.1s1 半固态 2=0.5$1 1=1420℃ 10 3e=181 e=0.5s1 1=1420℃ 0 0.050.100.150.200.250.30 0 0.050.100.150.200.250.30 图7半固态与铸造试样形变曲线 图860SiMn真应力与应变曲线 Fig.7 True strain-stress curves of the semisolid and casting Fig.8 True strain-stress curves of 60Si,Mn at different deformation rates 铸造组织包含有大量枝晶初生相，在应力的作 出的应力值下降趋势越明显 用下，枝晶之间发生相互扭曲以及枝晶本身变 60Si,Mn半固态初生相组织形态为近球形， 形与破碎.所以相比半固态，传统铸造合金变形 其晶界形貌见图9，图10所示的.晶界结构界面 需要较高应力.从图中可以发现，在半固态 张力平衡关系为%=2%c0s号.由于搅拌作用使 60SiMn在单轴压缩形变过程中，随着应变增 加，应力急剧增加，并很快上升到峰值.应力达 得界面处溶质没有明显偏析，较小从而使得 值趋于0，表明液相润湿均匀分布在固相界面 到峰值之后，随着应变进一步增加，应力保持波 的外围.半固态组织球形晶粒的表面具有近似 动并维持很短一段时间，之后随着应变增加，应 相同化学位，在电磁作用下，由于晶粒与液体的 力开始缓慢下降，即出现加工软化现象.引起上 电导率不同使固相颗粒表面存在一层极薄的双 述现象的主要原因是近球形初生固相颗粒相互 电层，即固相颗粒表面呈现正电性，其周边液相 聚集而形成的网状结构，在应力的作用下变形， 呈现负电性.它的作用可使固相颗粒覆盖液相 崩遗乃至分离.上述表明，半固态所呈现的触变 并在相互接触时，保持适宜的距离.分布在固相 性能与组织形态密切相关.图8试验曲线表明， 颗粒间的液相在颗粒靠近时呈现阻力，颗粒分 在不同的变形速率作用下，触变流动初始化阶 段基本一致，即材料呈现弹性的形变响应；此 离表现出粘滞作用力，阻止颗粒的运动.各种力 的共同作用使固相颗粒在静止时呈现疏松的聚 后，在不同应变速率下，随着半固态变形继续增 合状态，在搅拌剪切力的作用下极易分离，其聚 加，材料将呈现不同软化程度的粘性流动形变 集与分离程度表征半固态合金的表观粘度变 响应.表明半固态坯料存在粘性成分的流体运 化.因此，不同与液体金属流动以及固态合金的 动.从测试曲线发现，随着应变速率变化，应力 高温塑性变形.60SiMn半固态在形变过程中由 都呈现明显下凹趋势.而应变速率越小，所呈现 晶粒界面能 固液界面能 10 00 图960SiMn半固态晶界结构 图10晶界界面张力平衡示意图 Fig.9 SEM micrograph showing the crystal interface Fig.10 Schematic equilibrium diagram of the interface structure of semisolid 60Si,Mn tension一 杨 卯 生 等 半 固态非枝 晶组 织特 征与触 变性 能 ，︸冉 ︸气 ︸﹃ 芝‘ … 、 卜、 尸尹一 一浪痣卜一一一 、 、 、 二 半固态 ℃ 会二 一 ’ 、口 ﹄芝目、七 君 图 半固态与铸造试样形变 曲线 咭 · 丫 一 刃 图 ‘ 真应 力与应 变 曲线 哈 丫 恤 · ， 习她 渊 碑 肠 铸造组织包含有大量枝 晶初 生相 ， 在应力 的作 用 下 ， 枝 晶之间发生相互扭 曲以及枝 晶本身变 形与破碎 所 以相 比半 固态 ， 传统铸造合金变形 需 要 较 高应力 从 图 中可 以 发 现 ， 在半 固态 在单轴压缩形变过程 中 ， 随着应变增 加 ， 应力 急剧增加 ， 并很快上升到峰值 应 力达 到峰值之后 ， 随着应 变进一 步增加 ， 应力保持波 动并维持很短 一段时间 ， 之后 随着应变增加 ， 应 力开始缓慢下 降 ， 即出现加工软化现象 引起上 述现象的主要原 因是近球形初生 固相颗粒相互 聚集而形成 的网状结构 ， 在应力的作用 下变形 ， 崩溃乃 至分离 上述表明 ， 半 固态所呈现的触变 性能与组织形态 密切相关 图 试验 曲线表明 ， 在不 同的变形速率作用 下 ， 触变流动 初始化阶 段基本一致 ， 即材料呈 现 弹性 的形变 响应 此 后 ， 在不 同应变速率下 ， 随着半 固态变形继续增 加 ， 材料将呈 现不 同软化程度 的粘性流动 形 变 响应 表 明半 固态坯料存在 粘性成分 的流体运 动 ， 从测试 曲线发现 ， 随着应变速率变化 ， 应力 都呈现 明显 下 凹趋势 而应变速率越小 ， 所呈现 出的应力值下 降趋势越 明显 半 固态初生相组织形态为近球形 ， 其晶界形貌见 图 ， 图 所示 的 晶界结构界面 张力平衡关系为 一 粤 由于搅拌作用使 卜 ’ 囚 了、 习、 “ 。 一 含 ’ ‘ ‘ 囚 ” ， ’ 得界面处溶质没有 明显 偏析 ， 执较小从而使得 值趋于 ， 表 明液相润湿均匀分布在 固相界面 的外 围 半 固态组织球形 晶粒的表 面具有近似 相 同化学位 ， 在 电磁作用下 ， 由于 晶粒与液体的 电导率不 同使 固相 颗粒表面存在一层极薄的双 电层 ， 即 固相颗粒表面呈现正 电性 ， 其周边液相 呈 现负电性 它 的作用可 使 固相颗粒覆盖液相 并在相互接触时 ， 保持适宜的距离 分布在 固相 颗粒间的液相在颗粒靠近时呈现阻力 ， 颗粒分 离表现 出粘滞作用力 ， 阻止颗粒的运 动 各种力 的共 同作用使 固相颗粒在静止时呈现疏松的聚 合状态 ， 在搅拌剪切力的作用下极易分离 ， 其聚 集 与分离程度 表 征半 固态 合金 的 表观粘度变 化 因此 ， 不 同与液体金属流动以及 固态合金的 高温塑性变形 半固态在形变过程 中由 图 ， ‘ 半 固态 晶界结构 · 时 礼 图 晶界界面张力 平衡示 意 图 啥 · 汤 认 恤