镁合金半固态铸造成形技术是最近几年研究得较多的液态金属精确成形技术,具有铸件尺寸精度高、成形性好、内部质量高等显著优点,适用于生产要求高的复杂零件,满足近净成形生产技术的要求。但半固态铸造技术设备要求高,工艺控制很严,使得其成本过高,限制了半固态镁合金的应用和推广。因此,研究开发新型的镁合金半固态成形技术,使其达到高性能、低成本的目的是广大铸造工作者多年来的追求,对促进镁合金的应用与发展具有重要意义。本文以AZ91D镁合金为基础,研究了气泡搅拌法实现镁合金半固态组织的技术可行性及其相关工艺参数对半固态组织的影响,系统地分析了该方法下获得半固态组织的形核和演变机理。本文首先设计开发了一种新型制备半固态组织的气泡搅拌试验装置。研究表明,采用该试验装置,在特定的工艺条件下,AZ91D镁合金可以获得一定的半固态微观组织。其组织以较多圆整的初生α相和一定量的蔷薇状初生α相组成,具有明显的半固态组织特征。其次,试验研究了熔融的金属液体搅拌处理温度、气泡搅拌转速和搅拌时间、金属液体静置时间和冷却速度等工艺参数对AZ91D镁合金半固态微观组织的影响。结果表明:液态金属的搅拌温度不能过高或过低,在600±10℃开始搅拌能获得较佳的非枝晶组织;在同一搅拌温度下,搅拌转速和搅拌时间对组织的影响不大;而搅拌后的液态金属静置时间对组织的影响很明显。随着静置时间的延长,晶粒愈细化。但静置时间达到一定值后,晶粒反而会形成粗大的枝晶。取样温度在585℃时能获得最佳的非枝晶组织;在水冷条件下,能够获得较为理想的半固态微观组织。本文还较系统地初步探索了气泡搅拌法制取AZ91D镁合金半固态浆料的原理:即强对流、弱搅拌的半固态形成机理、晶核长大机理以及组织演变过程。研究认为:液态金属中随气流带来的大量破碎气泡而产生的强烈紊流导致枝晶破碎,同时伴随石墨棒的激冷作用产生大量的晶核,而紊流和局部的过冷和扰动造成的能量起伏使得初生α相圆整或生成蔷薇状组织。