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浅析半固态4Z91D合金暂态流变特性 　　1引言 　　金属半固态流变成形技术始于20世纪70年代，山Flemings教授及其学生发现当金属处于液固两相共存时，在外力剪切时其仍具有一定的应力存在。经过研究人员的深入研究发现其具有潜在的利用价值。如半固态成形技术具有节能环保、原料利用率高、适用于绝大部分金属等优点3。与此同时，其生产出来的零件氧化夹杂少，表面较为光滑凹槽较少，最主要的是其具有净近成形独特优势。因此，半固态成形技术一经产生就受各国的青睐，美国作为此项技术的发明国首先在汽车工业应用此项技术，如福特公司在阀盖和排气管利用镁合金可以提高其耐高温性能;德国大众公司将镁合金用于甲壳虫的曲柄轴箱和变速箱减轻了自身重量，节约了成本4我国从20世纪90年代后期开始致力于半固态流变成形技术的研究。如今也取得了一些进展，如:北京有色金属研究总院已建成国内第一条年产3001的铝合金半固态材料生产线;北京科技大学组建了半固态铝合金触变成形生产线;重庆大学与中国嘉陵集团重庆九方铸造有限责任公司研制成JH70型摩托车发动机镁合金半固态支架，必威体育精装版的研究成果是将半固态技术应用于3D打印。 　　经过50多年的发展，半固态流变成形技术无论在基础理论方面还是实际生产应用方面都得到了长足的发展。在基础理论研究上比较有代表性模型是July和M ehrabian所提出的稳态表观茹度与剪切速率的幂率关系以及Kumar等提出的暂态过程演化方程。实践应用方面国内则主要有毛卫民、罗守靖、管仁国等做出的大量实验。这些实验数据对半固态技术理论模型起到了支撑作用，同时对理论模型的正确性起到了验证的作用。最近，Chen则主要从微观角度出发，通过研究切变场中微结构的演化，确立了金属半固态微结构与流变行为的关系，提出了建立在统一理论框架上的半固态金属浆料的理论本构模型。解释了Sn-150}0Pb体系的流变特性。但是此模型没有解决当剪切速率为0时金属半固态的流变特性(即固液互换的动态平衡状态)。它反映聚集体大小对颗粒聚集程度的影响。该参量的拟合值为负值，该参量没有物理意义。所以有必要对此模型进行修正，修正后的新模型则必须同时适用于金属半固态浆料的稳态模型和暂态模型。“稳态”主要是指在恒定温度下，对合金浆料保持恒定的剪切速率，并保持一定的时间，使得剪切力不再有明显的变化，此时合金内部固相粒子之间“聚集”和“分离”现象可以近似处于动态平衡。而从实际生产活动中可知半固态金属浆料的充型过程短至区区几秒，其并不能达到剪切稳态过程。因此对于半固态浆料的暂态过程的研究至关重要。 　　2暂态流变行为 　　2.了聚合过程 　　由图1可知，随着剪切速率的增加，半固态浆料中的粒子数呈上升趋势。这是因为当剪切速率增长，浆料中悬浮着的不规则固相大颗粒会发生相互摩擦与碰撞从而导致枝晶臂的断裂或者重组形成更多的固相粒子。随着固相粒子数的增加，固相体积也随之增加，但这有一个临界值即当处于稳态时ne。的数量就不在增加，而这之前的瞬态过程则不然，这符合实验数据。 　　由图2可知，半固态浆料的表观黏度与固相平均粒子数有直接的关系。在瞬态过程中，表观黏度随着ne。的增加而增加，这是因为半固态浆料ne。不断增长，从而导致ne之间的碰撞、摩擦的概率会大大增大。最终导致浆料的流动性减弱，表现为表观黏度的增加。在瞬态条件下，表观黏度随着剪切速率的增大而增大，即表现为胀流体的特征。 　　2.2解聚过程 　　半固态镁合金随着静置时间的延长，个固相体积分数下的半固态表观黏度值会达到一个相对稳定的状态。这是因为静置过程中个固相粒子之间完成了聚合的过程，也即“团聚”。这使得固相粒子形状不规则，摩擦与碰撞的机率大大增加，这正对应图中曲线的前半部分，即表观黏度较大。而后对半固态浆料施加外部力加大了浆料的流动性是其处于解聚过程也即“分散”。随之，各固相粒子逐渐变小“球化”，直至完成表观黏度减小稳定，这对应曲线的后半部分。 　　同样，因为固相粒子与表观黏度之间存在很强的联系。可以这么说聚集体平均粒子数决定了表观黏度的大小，因此静置时间与聚集体平均粒子数存在与表观黏度之间几乎相同的关系。 　　3结论 e 　　本文从半固态金属浆料中各个固相粒子的聚合与解聚两个过程分析其处于暂态时的表观黏度，得出如下结论:1)半固态金属浆料中固相粒子的聚合使得其重组形成更多的固相粒子从而使其表观黏度增大。2)静置会使得半固态金属浆料的瞬态表观黏度增大，然而剪切起到解聚的作用使其处于稳定状态。