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针对传统铸造6061铝合金复杂薄壁铸件易出现热裂缺陷的难题,本文试图采用半固态流变压铸和合金元素含量调节相结合的方法来显著降低6061铝合金铸件的热裂倾向,同时保证铸件具有较高的力学性能和良好的阳极氧化及着色能力。本文考察了合金元素含量和浇注工艺对6061铝合金热裂性能的影响,系统研究了蛇形通道浇注制备工艺、流变压铸工艺以及合金元素含量对半固态6061铝合金浆料和流变压铸拉伸试样组织和力学性能的影响,阐述了半固态浆料的非枝晶组织演变机理、流变压铸过程中半固态浆料的凝固行为以及拉伸试样中的组织偏析现象和断裂机制,进一步研究了 T6处理对流变压铸拉伸试样组织和力学性能的影响,研究了半固态6061铝合金复杂薄壁叶形件的流变压铸,探讨了合金元素含量和T6处理对改性6061铝合金阳极氧化和着色性能的影响。本文的主要研究内容和结果如下:首先,采用约束棒模具法对6061铝合金的热裂倾向进行了评定,结果表明:Si含量对6061铝合金热裂性能的影响最为显著,合金的热裂倾向随Si含量的增加而逐渐降低;当Si含量由0.6%增加至2.6%时,合金的热裂敏感性系数HCS由375逐渐降低至200。Mg含量、浇注温度以及模具预热温度对6061铝合金热裂性能的影响较小。在本实验条件下,6061铝合金试样抗热裂性的最优工艺参数为:Si含量为1.4%～2.6%,Mg含量为0.8%～1.2%,浇注温度为710～750℃,模具预热温度为150～250℃。其次,采用蛇形通道浇注工艺制备了半固态6061铝合金浆料,发现通过降低浇注温度、增加弯道数量或减小通道内径均可有效提高半固态6061铝合金浆料的品质。此外,随着Si含量的增加,半固态6061铝合金浆料中的初生α-Al晶粒得到细化,圆整度提高,凝固壳挂料的比例降低;当Si含量由0.6%增加至2.6%时,初生α-Al晶粒的平均直径由83 μm逐渐降低至59μm,形状因子由0.79升高至0.82,凝固壳挂料的比例由14.3%降低至11.4%。采用石墨质蛇形通道制备半固态6061铝合金浆料的最佳工艺参数为:浇注温度为675～690℃,弯道数量为5,通道内径为25 mm,Si含量为1.0%～2.6%。随后,对半固态6061铝合金浆料进行了流变压铸,发现半固态6061铝合金流变压铸拉伸试样组织中初生α-Al晶粒的平均直径随制浆浇注温度和压型预热温度的升高而增大,随压射比压、压射冲头速度和Si含量的增加而减小;二次初生α2-Al晶粒数量随制浆浇注温度的升高和Si含量的增加而增多。通过降低制浆浇注温度、增大压射比压和压射冲头速度以及适当提高压型预热温度可以减轻流变压铸拉伸试样边部组织中的液相偏析程度。半固态6061铝合金流变压铸拉伸试样的最佳工艺参数为:制浆浇注温度为690℃,压射比压为90 MPa,压射冲头速度为0.5 m/s,压型预热温度为200℃,Si含量为1.8%。此时,半固态6061铝合金流变压铸拉伸试样边部组织中初生α-Al的固相体积分数为41%,平均晶粒直径为36 μm,形状因子为0.70;试样心部组织中初生α-Al的固相体积分数为76%,平均晶粒直径为38 μm,形状因子为0.75;铸态抗拉强度为165±8 MPa,铸态伸长率为3.90±0.42%。流变压铸拉伸试样的断裂机理主要为韧窝型韧性断裂和准解理断裂组成的混合型断裂,裂纹以穿晶断裂和沿晶断裂形式发展。此外,采用较高Si含量和蛇形通道浇注流变压铸的复合措施成功压铸了表面光洁无热裂纹和内部组织致密的半固态6061铝合金复杂薄壁叶形件。与传统液态压铸相比,叶形件的热裂倾向显著减轻,当Si含量≥1.4%时,叶形件的热裂缺陷得以完全消除。在相同制浆和流变压铸工艺条件下,随着Si含量的增加,叶形件表层的液相偏析层厚度逐渐增加;当Si含量由0.6%增加至2.6%时,叶形件“C”处表面的液相偏析层厚度由55 μm增加至226 μm。然后,对半固态6061铝合金流变压铸拉伸试样进行了 T6处理,确定了最佳T6处理工艺为:530℃固溶1.5 h,180℃时效8h。在最佳T6处理条件下,随着Si含量的增加,拉伸试样的抗拉强度和伸长率均是先增加后降低;当Si含量为1.8%时,抗拉强度和伸长率均达峰值,分别为324±8 MPa和2.11±0.26%;试样边部的硬度为121±1.4HV,试样心部的硬度为115±1.2HV。T6处理后的流变压铸拉伸试样的断裂机理主要为韧窝型韧性断裂和脆性准解理断裂组成的混合型断裂,裂纹以穿晶断裂和沿晶断裂形式发展。最后,对半固态6061铝合金流变压铸试样进行了阳极氧化和铜盐电解着色处理,结果表明:随着Si含量的增加,半固态6061铝合金流变压铸的铸态试样铜盐电解着色膜层的颜色逐渐加深,着色膜层的致密性、连续性和厚度逐渐降低,甚至出现断层现象。经T6处理后,着色膜层的质量和光泽性得到明显提高。当Si含量为0.6%～1.8%、时效时间为4～8h时,半固态6061铝合金流变压铸试样的阳极氧化和电解着色性能良好,铜盐电解着色膜层的色彩良好。