半固态AlSi7Mg合金触变压缩过程中变形机制的研究.pdf

半固态AlSi7Mg合金触变压缩过程中 变形机制的研究 张大辉 李志强 钟雪友 北京航空制造工程研究所 北京 100024(北京科技大学 摘要 采用 Gleeble1500热模拟机 光学显微镜以及图象分析仪等设备 通过量化对比触变压缩前后的 显微组织特征 系统研究了平行板压缩条件下 半固态 AlSi7Mg合金在触变压缩过程中的变形机制 试 验结果表明 触变压缩过程中 合金的变形机制包括液相流动 液相阻尼流动 颗粒滑动以及颗粒塑性 变形等四种变形机制 固相分数和变形速率是影响变形机制变化的两大要素 在液固两相区间 随着固 相分数和变形速率的提高 触变压缩过程中合金主导变形机制将由液相阻尼流动和液相流动逐渐转变为 颗粒塑性变形和颗粒滑动 关键词 半固态合金 触变压缩 变形机制 AlSi7Mg合金 0 前言 半固态加工 Semi-solid manufacturing简称 SSM是一种近终成形技术 起源于上个世 纪 70年代初的美国 具有优质 高效 综合成本低和及时等特点 在汽车 航空航天以及电子信 息产业部门等工业领域具有广阔的应用前景 1 8 三十多年的发展历程中 半固态加工成形技术在制坯 重熔加热 零件成形 组织与力学性 能 加工环节数值模拟以及合金流变学研究等许多方面取得重大进展 4 8 其中 半固态合金流变 学研究是加深这项技术本质认识和进一步提升该技术品质的核心要素 半固态加工成形过程中 合金浆料的流变行为既不同于液态加工 也不同于固态加工 而是有 着其自身的特殊规律 本研究即是针对科研和工业化应用中广泛采用的半固态AlSi7Mg合金 研究 其固液两相区间平行板压缩条件下的变形机制 为半固态铝硅合金加工成形技术工艺设计和充型过 程数值模拟研究提供相应的理论和试验依据 1 试验方法 1.1试验用设备 石墨片 试样 热电偶 夹头 试验用设备为 Gleeble1500热模拟机 根据设备功 能 将其分为三个系统 计算机控制 热控制以及力学 控制系统 用计算机可实现两个闭环控制 其中 热控 制系统采用电阻法加热试样 即用低频电流通过试样将 其加热 这种方法集肤效应小 整个加热区温度均匀 径向温度梯度很小 1 加热速度范围为 0.000210000/s力的控制也采用闭环控制系统 9 图1 试样触变压缩示意图 试验用试样是直径为 12mm的短圆柱 根据形状效应 10 高径比小于1.5时 对实际单向压强 度的影响最小 因此 选择试样高度为 15mm试样的实际温度由焊在试样表面的热电偶测量 并反馈回加热控制系统 此外 为了降低试样与夹头之间的摩擦力 在夹头与试样之间夹垫了石墨 片 以尽量减少端面摩擦力对真实应力的影响 如图 1所示 1.2半固态合金显微组织特征的研究方法 表1 特征图形的形状因子 圆 形 正方形 等边三角形 长方形 长宽比3 1 0.79 0.61 0.58 采用 LIM2000理中图象检测仪对合金金相显微组织特征进行研究 采用面积法检测合 金的特征参数 包括固相分数和形状因子SF SF 是一个无量纲量 取值在 0与 1之间 1表 示圆形截面 0表示一个拉长的横截面 为方便比较 计算特征图形的形状因子如表 1所示 1.3变形温度区间和重熔加热工艺的确定 影响压缩变形的工艺参数包括变形温度 加热速度 保温时间 变形速率以及总应变量 变形 温度由Al-Si合金相图及可触变压缩性判定结果综合确定 根据铝硅合金相图可知 纯溶剂 Al的熔点为 660.4铝硅合金的共晶温度为 576.5试