ZL201合金半固态模锻组织与性能研究

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半固态金属成形方法是21世纪最具有发展前途的近净成形技术之一。它以高效、节能、近净成形生产以及成形件高性能等诸多优点,得到了人们的广泛关注。在半固态成形技术中,半固态浆料的制备是半固态成形技术的关键和基础,要求其微观组织为细小、均匀、呈近球状的非枝晶组织。ZL201合金是重要的耐热高强度铸造铝合金,室温和高温的力学性能高,切削性能好,加工表面光洁,富铜相耐热,熔铸工艺简单。主要用于制造在较高温度下工作的高强零件,在汽车工业、航空航天工业等领域得到广泛的应用。但这种合金的铸造性能差,易生成热裂纹,密度高,抗蚀性低。本文以ZL201合金为研究对象,采用近液相线电磁搅拌技术制备ZL201合金半固态浆料。实验表明,在液相线附近施加电磁搅拌,ZL201合金铸态组织为细小的近球形晶粒,且随着电磁搅拌强度和冷却强度的增大,组织细小、均匀。交流磁场引起的熔体强制对流,使熔体温度场和成分均匀,形成不利于晶粒择优生长的环境,熔体温度下降到液相线时,整个熔体处于过冷状态,从而可以大量生核;溶质分布均匀,晶粒向各个方向长大速度接近相同,晶粒可快速成近球形长大。在制备ZL201合金半固态浆料的基础上,进行流变模锻成形,研究ZL201半固态流变模锻成形组织性能特点。实验表明,由于近液相线浇注与电磁搅拌的作用,铝合金熔体温度、成分均匀,将ZL201铝合金熔体倒入自制模具内,熔体迅速过冷,大量的原子团簇迅速长大。在半固态模锻过程中,压力提高凝固速度,降低熔体的温度梯度,促进成分过冷。压力和熔体在模具中强烈的流动,使散热速度增加,阻止气泡析出,防止产生气孔。压力使锻件在凝固过程中产生微量的塑性变形,使晶粒破碎和扭曲,半固态模锻件组织致密,力学性能有较大提高。利用T5热处理实验,对半固态ZL201合金锻件进行热处理,当固溶温度535±5℃,时效温度175±5℃,固溶时间8h,时效时间4h,测得试样硬度值为142.65HV,高于其它热处理制度所得硬度值。结果表明,经电磁搅拌浆料模锻所得的合金锻件,合金元素在锻件组织中分布均匀,且电磁搅拌作用提高了Mn、Ti、Cu元素在基体中的过饱和度,合金锻件时效处理时,析出相的尺寸细小,数量增加,分布更均匀。本研究是ZL201合金在成分不发生改变的情况下,通过近液相线电磁搅拌技术制备半固态浆料流变模锻成形,并利用T5热处理,改善内部组织和力学性能,提高了ZL201合金的使用价值。
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