半固态金属浆料具有良好的流变性和触变性,易于和常规压铸等成型方法相结合实现近净成型。半固态金属浆料在受较小外界应力时,可以静置或者搬运;当受到连续较大剪切应变时,坯料又可表现出较小的黏度而像液态金属一样自由流动。半固态非枝晶组织的好坏直接影响产品成型工艺参数和产品的最终质量,另外,可以对由半固态浆料进行触变压铸而获得的铸件产品进行热处理,以大幅提高产品性能。因此制备优异的半固态非枝晶组织是取得合格产品的一大关键。本文将对具有较宽固液相区间的Mg-7Zn-XAl镁合金进行等温热处理,分析其在等温热处理过程中的组织演变情况,并对其机理进行探讨。本试验中将Zn的质量分数定在7%,由于Al的含量多少对合金的硬度和韧性有一定的影响,本实验将Al的质量分数定为2%、4%和6%。试验结果表明,所选的ZA72、ZA74和ZA76合金均取得了半固态非枝晶组织。Al含量的不同,各合金球状颗粒的最小等效直径、形貌系数和固相率也随之发生改变。从试验中可以看出,当合金中含Al的质量分数在4%且在590℃恒温20min时,合金的固相颗粒比较细小圆整,且分布也比较均匀;随着合金中Al质量的增加,铸态组织向半固态组织演变的速率加快。当合金中Al的质量分数在4%时,可以获得较为细小圆整的球状颗粒。合金铸态组织的维氏硬度随着合金中Al含量的增加先是增大,当Al含量超过4%(wt%)时,合金维氏硬度又发生降低,当合金中含4%Al(wt%)时,铸态组织的维氏硬度值最大为101.52。最后,在上面试验基础上,在部分合金加入了Cu元素,以提高镁合金的延展性并加强时效效果,提高合金共晶温度,使合金能够在高温下进行固溶强化,增强后期热处理效果,提高合金的耐腐蚀能力。ZA72+0.9Cu镁合金在610℃保温10min时,合金的等效直径为43.09μm,形貌系数为1.82,且固相率在40%左右。铸态ZA72+0.9Cu镁合金的固相颗粒的维氏硬度值为94.26,晶间液相处的维氏硬度值数值非常大,高达628。ZA74+0.9Cu镁合金在600℃下保温10min时,白色α相分布在灰色基体上,晶粒平均尺寸为37.13μm,液相率为74.43,形貌系数为1.62,合金组织已经演变为球状颗粒组织。铸态ZA74+0.9Cu镁合金的固相颗粒的维氏硬度值为110.26,晶间液相处的维氏硬度值却非常大,高达215.5。Cu元素的加入加速了合金由铸态组织向非枝晶组织演变的速率,且加入了Cu元素增加了合金形核物质,使得合金的固相颗粒更为细小。通过本试验,丰富了等温热处理制备半固态非枝晶组织的理论。它在能量起伏和原子扩散的作用下,等温温度越高或保温时间越长,合金中低熔点相分布越广泛,原子扩散越快,合金中越易在较短时间内形成元素分布均匀,半固态颗粒分布均匀且越细小的非枝晶组织;但是,时间过长或温度过高,将有可能发生组织的粗化。在等温热处理过程中,初始铸态组织的曲率半径不一,枝晶曲率半径越小,枝晶熔点越低,枝晶附近溶质浓度越低。两个不同形貌枝晶间存在浓度梯度,在热处理过程中,这会促使溶质由高浓度处向较低浓度枝晶处扩散,最终达到成分平衡,组织曲率半径均匀的半固态晶粒。在两颗粒或多颗粒的晶界处存在的点阵畸变较大,因此存在晶界能,而颗粒的长大和界面的平直化能够降低能量,使系统趋于平衡,这也是系统在自由能降低的作用下合金逐渐由铸态组织向半固态非枝晶组织演变的原因之一。