D0I:10.13374/i.issn1001053x.2003.04.012 第25卷第4期 北京科技大学学报 VoL25 No.4 2003年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2003 原位TC颗粒对喷射成形铝合金组织的影响 刘慧敏王洪斌杨滨何建平 张济山 北京科技大学新金属国家重点实验室，北京100083 摘要利用熔铸-原位反应喷射成形技术制备7075+TC(2.91%,体积分数)铝合金半固态 坯料，将合金加热到固液两相区不同温度，保温不同时间，淬火固定其半固态组织.采用扫描 电镜观察其组织，应用mage Tool软件及截线法统计晶粒尺寸.研究表明，原位TiC颗粒不仅 细化喷射成形组织，而且在二次加热保温过程中有效地阻碍晶界的移动，抑制了显微组织的 粗化过程，在600℃保温60min后合金平均晶粒尺寸仍小于30μm,表现出良好的钉扎效应. 关键词喷射成形：半固态：微观组织：原位TC颗粒 分类号TG146.2*1 半固态金属加工技术广泛应用于汽车工业 制备过程是将Ti粉(<50m),石墨粉(>75m),A1 中，该工艺分为流变成形和触变成形两种，在实 粉(<75m)按一定比例在混粉机内混合均匀，并 际生产中主要采用后者，将半固态浆料冷却凝固 压制成20mm×25mm的预制块备用，将坩埚中 成坯料后，根据产品尺寸下料，再重新加热到半 的7075铝合金(Zn,5.7%;Mg,2.5%;Cu,1.8%;Cr, 固态温度（称为二次加热），然后进行成形.因此 0.2%;Fe,<0.15%;Si,<0.15%;Mn,<0.15%;其余为 如何制备优质的半固态坯料以及在二次加热过 A1(质量分数)，升温至900℃，用石墨钟罩将一定 程中如何使半固态组织保持细小均匀的等轴晶 量的Ti-C-A1预制块压入此合金熔液中，反应完 特征是半固态加工技术的关键问题.喷射成形是 成后降温至730℃并用六氯乙烷和氟硅酸钠精炼 制备半固态坯料的方法之一，沉积态铝合金具有 除气.熔体再次被升温至810℃时，进行喷射成 细小均匀的等轴晶组织，但在二次加热过程 形，采用氮气作为雾化气体，雾化压力为0.60.8 中，发生晶粒长大现象. MPa,导流管直径为3mm,沉积距离为400mm. 熔铸一原位反应喷射成形技术)是将颗粒的 7075铝合金的制备过程直接采用上述的工艺参 生成置于熔化室合金熔体中完成，然后再进行后 数进行喷射沉积成形. 续的雾化喷射成形，其优点是颗粒在基体中分布 鉴于7075铝合金固液两相区(477~635℃)以 均匀，颗粒表面无污染等，本文研究了利用熔铸 及为了较大范围地满足半固态加工要求，将淬火 -原位反应喷射成形技术制备的7075+TiC铝合 温度选为两相区的上半区的600和610℃，保温 金在固液两相区加热保温过程中组织转变的特 时间为10,20,30和60min.采用箱式马弗炉 点，分析了原位TiC颗粒对喷射成形7075铝合金 CWF1300热处理，控温精度为±2℃.先将炉温升 组织的影响 至规定温度后，把试样放入炉中，此时炉温将有 所下降，待到炉温再次回升至规定温度后开始计 1实验方法 时，到达规定的保温时间后迅速取出试样并淬 火，采用扫描电镜观察其显微组织的变化，应用 实验用材料为原位反应喷射沉积7075+TC Image Tool软件及截线法统计平均晶粒尺寸. (2.91%,体积分数)铝合金和喷射沉积7075铝合 金（以下分别记为7075+TiC和7075）.7075+TiC的 2实验结果与分析 收稿日期2002-11-11刘慧敏女，31岁，博士研究生 图1(a),(b)分别是7075和7075+TiC铝合金的 *国家自然科学基金资助项目No.50171010)第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 扮 原位 颗粒对喷射成形铝合金组织的影响 刘 慧敏 王 洪 斌 杨 滨 何 建平 张 济 山 北 京科技大学 新金 属 国家重 点 实验 室 ， 北京 摘 要 利用熔铸 一 原位反应喷射成 形技术制备 ， 体积分数 铝 合 金 半 固态 坯料 ， 将合 金加 热 到 固液两 相 区 不 同温度 ， 保温不 同时间 ， 淬火 固定 其 半 固态 组 织 采用 扫描 电镜观 察其组 织 ， 应 用 软件及截线法统 计 晶粒 尺 寸 研究表 明 ， 原位 颗 粒不 仅 细化 喷射成形 组 织 ， 而 且 在 二 次加 热 保温过程 中有 效地 阻 碍 晶 界 的移 动 ， 抑 制 了显 微组 织的 粗化过程 ， 在 ℃ 保温 后合 金平 均 晶粒尺寸仍小于 脚 ， 表 现 出 良好 的钉 扎效应 关键词 喷射成形 半固态 微观 组 织 原位 颗粒 分 类号 半 固态 金 属 加 工 技 术 广 泛 应 用 于 汽 车 工 业 中 该 工 艺分 为流变成 形 和触 变成 形 两 种 ， 在 实 际生 产 中主要 采用 后者 ， 将 半 固态 浆料冷却凝 固 成 坯料 后 ， 根据 产 品尺 寸下 料 ， 再 重 新 加热 到半 固态温度 称 为二 次加 热 ， 然 后 进 行 成 形 因此 如 何 制 备优 质 的半 固态 坯 料 以及 在 二 次加 热 过 程 中如 何 使 半 固态 组 织 保 持 细 小 均 匀 的等轴 晶 特 征是 半 固态加 工 技术 的关键 问题 喷射 成 形 是 制 备半 固态坯 料 的方 法之 一 ， 沉积 态铝 合 金 具 有 细 小均 匀 的等轴 晶组 织 ’喇 ， 但 在 二 次加 热 过 程 中 ， 发 生 晶粒 长 大现 象 熔铸 一 原位 反 应 喷 射成 形 技 术 是 将颗 粒 的 生 成 置于熔 化 室合 金熔 体 中完成 ， 然 后 再进行 后 续 的雾化喷射成 形 其优 点是颗粒在基 体 中分布 均 匀 ， 颗粒表 面 无 污 染 等 本文 研 究 了利用熔 铸 一 原位 反 应 喷射 成 形 技 术 制 备 的 铝 合 金 在 固液 两 相 区加 热 保 温 过 程 中组 织 转 变 的特 点 ， 分 析 了原位 颗 粒对 喷射 成 形 铝 合 金 组 织 的影 响 实验 方法 实 验 用 材 料 为 原 位 反 应 喷 射 沉 积 ， 体积 分数 铝 合 金 和 喷射 沉 积 铝 合 金 以下 分 别 记 为 十 和 的 收稿 日期 一 一 刘 慧 敏 女 ， 岁 ， 博 士研 究生 国家 自然科学基 金 资助项 目困 制备 过 程 是 将 粉 阿 ，石 墨粉 脚 ， 粉 娜 按 一 定 比例 在 混 粉机 内混 合 均 匀 ， 并 压 制 成中 的预 制 块 备用 ， 将钳 塌 中 的 铝 合 金 ， ， ， ， ， ， ， 巧 ， 巧 ， 巧 其 余 为 质 量 分 数 ， 升温 至 ℃ ， 用 石 墨钟 罩将 一 定 量 的 一 一 预制块压 入 此 合 金熔液 中 反应完 成 后 降温 至 ℃ 并用 六 氯 乙 烷 和 氟硅 酸 钠精炼 除气 熔 体 再 次 被升 温 至 ℃ 时 ， 进 行 喷射成 形 ， 采用 氮气 作 为 雾 化气 体 ， 雾化 压 力 为 一 ， 导流 管直 径 为 幻。 ， 沉 积 距 离 为 们。 铝 合 金 的制 备过程直 接 采 用 上述 的 工 艺 参 数进行 喷射 沉积 成形 鉴 于 铝 合 金 固液两 相 区 ” 币 ℃ ’ 以 及 为 了较大范 围地 满足 半 固态 加工 要 求 ， 将 淬火 温 度 选 为两 相 区 的上 半 区 的 和 ℃ ， 保 温 时 间 为 ， ， 和 采 用 箱 式 马 弗炉 热 处 理 ， 控 温 精 度 为士 ℃ 先 将 炉 温 升 至 规 定温度 后 ， 把 试 样 放 入 炉 中 ， 此 时炉 温将 有 所下 降 ， 待到炉温 再 次 回升 至 规 定温度后 开始计 时 ， 到达 规 定 的保温 时 间 后 迅 速 取 出试 样 并 淬 火 采 用 扫 描 电镜 观 察 其 显微组 织 的变 化 ， 应 用 加 软 件及截 线 法 统计 平 均 晶粒尺 寸 实验 结 果 与 分 析 图 ， 分 别是 和 铝 合 金 的 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2003．04．012