·1244 北京科技大学学报 第33卷 AL.合金的液相线为595℃，固相线为555℃0.实 2结果与讨论 验设备为自行设计、振动频率可调的倾斜冷却剪切 装置，如图1所示 2.1扰流柱形状对AlSi9Mg组织的影响 出水口 倾斜板 在倾斜板内布置形状分别为圆柱形、椭圆形和 水滴形的扰流柱，扰流柱截面形状如图2所示.扰 进水门 支架 流柱宽度方向尺寸相同，即图2中的d=b=m,扰流 振动台 铸模 柱排列方式为叉排.图3为水滴形扰流柱叉排示意图， 实验得到的水淬组织如图4所示，组织特征见表1. 图1倾斜冷却剪切装置 Fig.1 Sloping cooling and shearing device 实验条件均为：倾斜板的倾斜角度为45°，倾斜 图2扰流柱截面形状.(a)圆形：(b)椭圆形：(c)水滴形 板的预热温度为120℃，浇注长度为400mm,浇注温 Fig.2 Sectional shapes of pin fins:(a)circle;(b)elliptical:(c) 度为600℃，振动频率为40Hz.通过改变扰流柱形 water drop shaped 状、排列方式和排列间距制备半固态A1Si9Mg合金. 金属流动方向 在倾斜冷却剪切装置下端，用取样器接取少量不同 制备参数下的半固态AISi9Mg合金并立即水淬，制 取金相试样，试样用4%的NaOH溶液浸蚀.利用图 像分析技术测定水淬组织中初生固相的平均周长、 平均尺寸，计算初生固相晶粒的尺寸和形状因 子四.为了减小误差，对每个试样的8~10视场进 行了测量，然后取其平均值作为该试样初生固相的 图3水滴形扰流柱叉排示意图 组织特征 Fig.3 Sketch map of the cross array in water drop shaped pin fins 50m 50m 50 jm 图4扰流柱形状对AS9Mg组织的影响.(a)圆形：(b)椭圆形：(c)水滴形 Fig.4 Effect of pin fin shapes on the microstructure of AlSi9Mg:(a)circle:(b)elliptical:(c)water drop shaped 表1扰流柱形状对AS9Mg微观组织的影响 形时，组织较粗大，枝晶发达，合金熔体中液相较多， Table 1 Effect of pin fin shapes on the microstructure of AlSi9Mg 圆整度较圆形扰流柱有小幅度增加，但变化不明显， 扰流 初生固相率， 品粒尺寸， 形状因子， 柱形状 如图4(b)所示；扰流柱形状为水滴形时，合金熔体 f1% 1,/wm 圆形 41.94 5.81 0.49 中初生Qα一A!相较多，组织致密均匀，边缘轮廓清晰 椭圆形 43.26 7.70 0.55 可见，枝晶臂基本消失，转变为蔷薇状或球形，如图 53.54 5.59 4(c)所示. 水滴形 0.61 对以上实验结果进行分析，笔者认为：首先，由 由图4可以看出：当扰流柱形状为圆形时，固相 于在倾斜板上设计了扰流柱，当流体横掠柱束时，会 率较低，初生α一A相呈发达的枝晶状，且枝晶臂粗 出现特有的加速及减速流动，形成强烈的旋涡运动 大，组织中只有少量的球状或粒状初生α一Al相，圆 这种旋涡运动将消耗流体的部分能量，最终表现为 整度也较低，如图4(a)所示；当扰流柱形状为椭圆 流体静压的降低，增强了搅拌作用，即增加了湍流效北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 Al． 合金的液相线为 595 ℃，固相线为 555 ℃［10］． 实 验设备为自行设计、振动频率可调的倾斜冷却剪切 装置，如图 1 所示． 图 1 倾斜冷却剪切装置 Fig． 1 Sloping cooling and shearing device 实验条件均为: 倾斜板的倾斜角度为 45°，倾斜 板的预热温度为120 ℃，浇注长度为400 mm，浇注温 度为 600 ℃，振动频率为 40 Hz． 通过改变扰流柱形 状、排列方式和排列间距制备半固态 AlSi9Mg 合金． 在倾斜冷却剪切装置下端，用取样器接取少量不同 制备参数下的半固态 AlSi9Mg 合金并立即水淬，制 取金相试样，试样用 4% 的 NaOH 溶液浸蚀． 利用图 像分析技术测定水淬组织中初生固相的平均周长、 平均 尺 寸，计算初生固相晶粒的尺寸和形状因 子［11］． 为了减小误差，对每个试样的 8 ～ 10 视场进 行了测量，然后取其平均值作为该试样初生固相的 组织特征． 2 结果与讨论 2. 1 扰流柱形状对 AlSi9Mg 组织的影响 在倾斜板内布置形状分别为圆柱形、椭圆形和 水滴形的扰流柱，扰流柱截面形状如图 2 所示． 扰 流柱宽度方向尺寸相同，即图 2 中的 d = b = m，扰流 柱排列方式为叉排． 图3 为水滴形扰流柱叉排示意图， 实验得到的水淬组织如图4 所示，组织特征见表1． 图 2 扰流柱截面形状． ( a) 圆形; ( b) 椭圆形; ( c) 水滴形 Fig． 2 Sectional shapes of pin fins: ( a) circle; ( b) elliptical; ( c) water drop shaped 图 3 水滴形扰流柱叉排示意图 Fig． 3 Sketch map of the cross array in water drop shaped pin fins 图 4 扰流柱形状对 AlSi9Mg 组织的影响． ( a) 圆形; ( b) 椭圆形; ( c) 水滴形 Fig． 4 Effect of pin fin shapes on the microstructure of AlSi9Mg: ( a) circle; ( b) elliptical; ( c) water drop shaped 表 1 扰流柱形状对 AlSi9Mg 微观组织的影响 Table 1 Effect of pin fin shapes on the microstructure of AlSi9Mg 扰流 柱形状 初生固相率， fs /% 晶粒尺寸， ls /μm 形状因子， Fc 圆形 41. 94 5. 81 0. 49 椭圆形 43. 26 7. 70 0. 55 水滴形 53. 54 5. 59 0. 61 由图 4 可以看出: 当扰流柱形状为圆形时，固相 率较低，初生 α--Al 相呈发达的枝晶状，且枝晶臂粗 大，组织中只有少量的球状或粒状初生 α--Al 相，圆 整度也较低，如图 4( a) 所示; 当扰流柱形状为椭圆 形时，组织较粗大，枝晶发达，合金熔体中液相较多， 圆整度较圆形扰流柱有小幅度增加，但变化不明显， 如图 4( b) 所示; 扰流柱形状为水滴形时，合金熔体 中初生 α--Al 相较多，组织致密均匀，边缘轮廓清晰 可见，枝晶臂基本消失，转变为蔷薇状或球形，如图 4( c) 所示． 对以上实验结果进行分析，笔者认为: 首先，由 于在倾斜板上设计了扰流柱，当流体横掠柱束时，会 出现特有的加速及减速流动，形成强烈的旋涡运动． 这种旋涡运动将消耗流体的部分能量，最终表现为 流体静压的降低，增强了搅拌作用，即增加了湍流效 ·1244·