。1456 北京科技大学学报 第32卷 690 670 T=690℃ T=670℃ 有效剪切区域 T=650℃ T=640℃ …T 仁 如610 T+T 590剪切搅拌 2 剪切搅拌 z2222a 0 4 6 0 时间 时间s 图3BR制浆工艺中合金熔体的冷却曲线图 图5浇注温度对合金熔体冷却规律的影响 F3 Cooling curve of the albymelt n TBR Prooess F5 Effect of pouring tempemtre on the coolng ruke of the alby melt 3实验结果与分析 图5中可以看出，不同浇注温度下，合金熔体温 3.1不同浇注温度下半固态A356铝合金的冷却 度的变化趋势相似，但浇注温度低的合金熔体初始 规律 温度较低，冷却速率也相应降低.如果合金熔体在 图4为实验测得的356铝合金半固态浆料出 内、外桶间隙处的冷却时间大于或等于6时，制备 口温度随浇注温度的变化规律，实验参数分别为内 的半固态浆料温度将趋于相同，其值为内、外锥桶壁 桶转速500r。m前；内、外桶壁温度=560℃、 温度的平均值.低浇注温度的铝合金熔体经过较少 =610℃，锥桶平均间隙入=3m采用最小二乘 时间的冷却就可进入半固态区间，初生固相受到剪 法拟合得到两者的关系为T=0.323TD+392.13 切搅拌的时间相应增加，有利于获得更加细小、圆整 相关性为94.%，因此可以近似认为半固态浆料流 的初生固相. 出锥桶间隙时的温度T与浇注温度T呈线性关 3.2浇注温度对半固态A356铝合金初生固相形 系.BR制浆工艺要求应高于液相线温度，T低 貌的影响 于液相线温度，从而确定此工艺下的取值范围为 图6为内桶转速500mr,内、外锥桶壁温 615℃<T<690℃. 度T=560℃、霓=610℃锥桶平均间隙入=3m四 620 在不同浇注温度下，制备的半固态金相组织.图中 T-0.323T+392.13 白色的块状或近似球状区域为α一A初生相。深灰 615 =0.947 色的区域为剩余液相形成的共晶组织.结合图6和 兰610叶 ◆ 图7可以看出，由于浇注温度不同，合金熔体流经内 三叶 外桶间隙时的冷却速率和出口温度不同，造成其金 (T+T,/2:585℃ 内桶转速：500r-min 相组织形貌有很大的差异.随着浇注温度的降低， 内外帕问隙：3mm 初生α一A的平均晶粒尺寸逐渐减小，形状因子逐 595 640650 660670680690 渐变大，即初生固相变得细小、圆整.图6（所示 浇注温度心 半固态组织的浇注温度为690℃获得的半固态浆 图4不同浇注温度下的半固态浆料出口温度 料温度为616℃合金熔体从剪切机构内外桶间隙 Fg 4 Outket xmperaureof the semisolid surny atdifferentpouring tm pe ra tres 流出后仍高于液相线温度(615℃，形核、长大的初 生固相并未受到剪切应力场的作用.因此当浇注温 实际实验过程中发现，以上实验参数条件下，合 度为690℃时，初生a一A为粗大的树枝晶：将浇注 金熔体流经锥桶间隙的时间基本相同，约为2§ 温度降低为670℃和650℃后，合金熔体在较短的 即=2s同时已知该时刻合金熔体的温度T 时间内快速冷却至半固态区间，在剪切应力场的作 (图4，将二者的值代入式(7)就可求得该过程中 用下，初生固相被破碎、磨圆，最后得到球形组织 对流换热系数α的平均值，则不同浇注温度的A356 但是，浇注温度为650℃的半固态组织相对于浇注 合金熔体流经锥桶间隙时，温度随时间的变化规律 温度为670℃的，其初生固相更为细小圆整原因在 见图5 于浇注温度为650℃时，合金熔体的有效剪切区域北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 3 TBR制浆工艺中合金熔体的冷却曲线图 Fig.3 CoolingcurveofthealloymeltinTBRprocess 3 实验结果与分析 3.1 不同浇注温度下半固态 A356铝合金的冷却 规律 图 4为实验测得的 A356铝合金半固态浆料出 口温度随浇注温度的变化规律 ,实验参数分别为内 桶转速 500 r· min -1 ;内、外桶壁温度 T1 =560 ℃、 T2 =610 ℃;锥桶平均间隙 λ=3 mm.采用最小二乘 法拟合得到两者的关系为 Tout =0.323Tp +392.13, 相关性为 94.7%,因此可以近似认为半固态浆料流 出锥桶间隙时的温度 Tout与浇注温度 Tp呈线性关 系 .TBR制浆工艺要求 Tp应高于液相线温度, Tout低 于液相线温度,从而确定此工艺下 Tp的取值范围为 615℃ <Tp <690 ℃. 图 4 不同浇注温度下的半固态浆料出口温度 Fig.4 Outlettemperatureofthesemi-solidslurryatdifferentpouring temperatures 实际实验过程中发现 ,以上实验参数条件下,合 金熔体流经锥桶间隙的时间 tout基本相同, 约为 2 s, 即 tout =2 s, 同时已知该时刻合金熔体的温度 Tout (图 4),将二者的值代入式 (7)就可求得该过程中 对流换热系数 α的平均值, 则不同浇注温度的 A356 合金熔体流经锥桶间隙时 , 温度随时间的变化规律 见图 5. 图 5 浇注温度对合金熔体冷却规律的影响 Fig.5 Effectofpouringtemperatureonthecoolingruleofthealloy melt 图 5中可以看出 ,不同浇注温度下 ,合金熔体温 度的变化趋势相似 ,但浇注温度低的合金熔体初始 温度较低 ,冷却速率也相应降低 .如果合金熔体在 内、外桶间隙处的冷却时间大于或等于 6 s时, 制备 的半固态浆料温度将趋于相同,其值为内、外锥桶壁 温度的平均值 .低浇注温度的铝合金熔体经过较少 时间的冷却就可进入半固态区间 , 初生固相受到剪 切搅拌的时间相应增加 ,有利于获得更加细小、圆整 的初生固相. 3.2 浇注温度对半固态 A356 铝合金初生固相形 貌的影响 图 6为内桶转速 500 r·min -1 , 内 、外锥桶壁温 度 T1 =560℃、T2 =610 ℃,锥桶平均间隙 λ=3 mm, 在不同浇注温度下 ,制备的半固态金相组织 .图中 白色的块状或近似球状区域为 α-Al初生相, 深灰 色的区域为剩余液相形成的共晶组织.结合图 6和 图 7可以看出 ,由于浇注温度不同 ,合金熔体流经内 外桶间隙时的冷却速率和出口温度不同 ,造成其金 相组织形貌有很大的差异 .随着浇注温度的降低, 初生 α-Al的平均晶粒尺寸逐渐减小 ,形状因子逐 渐变大, 即初生固相变得细小、圆整.图 6(a)所示 半固态组织的浇注温度为 690 ℃, 获得的半固态浆 料温度为 616 ℃, 合金熔体从剪切机构内外桶间隙 流出后仍高于液相线温度 (615 ℃), 形核 、长大的初 生固相并未受到剪切应力场的作用.因此当浇注温 度为 690 ℃时 ,初生 α-Al为粗大的树枝晶;将浇注 温度降低为 670 ℃和 650 ℃后, 合金熔体在较短的 时间内快速冷却至半固态区间, 在剪切应力场的作 用下 , 初生固相被破碎 、磨圆, 最后得到球形组织. 但是 ,浇注温度为 650 ℃的半固态组织相对于浇注 温度为 670 ℃的,其初生固相更为细小圆整, 原因在 于浇注温度为 650 ℃时 ,合金熔体的有效剪切区域 · 1456·