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半固态成形技术具有独特的技术优势和良好的发展前景,在汽车、通信、电器、航空航天和医疗器械行业应用广阔。半固态坯料制备是半固态成形的基础和关键,可以获得细小、均匀、近球形或球形的非枝晶组织。对原有制坯工艺进行优化、改进,或者将两种及两种以上制坯工艺进行结合,开发出一种复合制坯工艺,是近些年来半固态坯料制备技术的发展趋势。
新应变诱发熔化激活法(SIMA)需要进行多道次等径角挤压(ECAP),才能获得较细的半固态组织,工序繁琐,工时较长,浪费材料,并且由于A356.2合金材料塑性较差,经ECAP多道次后容易产生裂纹。因此采用近液相线法作为新SIMA法的辅助工艺,为ECAP实验提供细小非枝晶组织坯料,减少ECAP细化晶粒所要的道次;然后通过ECAP工艺破碎近液相线浇注后的坯料组织,获得大塑性变形,积累大的变形能,为后续半固态保温处理提供良好的应变诱导条件;最后通过半固态保温处理,使坯料中大的变形能释放,获得细小圆整的半固态组织。
本课题通过近液相线浇注法获得蔷薇状和颗粒状的细小坯料组织,分析近液相线法的原理和各工艺对组织的影响;其次通过等径角挤压对近液相线法制备出的坯料施加大塑性变形,极大地破碎了坯料的晶粒组织;最后通过等温处理工艺获得尺寸较小、圆整度较高的半固态坯料,分析各工艺参数对等积圆直径、形状系数、固相率的影响,研究晶粒变形的机理。
复合工艺制备的A356.2合金半固态坯料平均晶粒尺寸在80-100μm之间,形状系数在0.8—0.9之间;最佳工艺参数为:615℃、不保温、铸模水冷下近液相线浇注,等径角挤压模具预热150℃、挤压一道次,590℃下半固态保温45mini最佳工艺获得半固态晶粒等积圆直径为83.5μm、形状系数为0.876、固相率为0.485;并分析了各过程中组织的变化机理,研究了各工艺参数对组织的影响。
该工艺为半固态坯料的制备提供了一种新的方法,促进了该技术的发展;所制备的半固态材料适用范围较广,不仅适用于一般的Al、Mg等轻金属,还可适用于原始铸态组织枝晶严重、塑性变形能力较差的难变形材料;得出的最佳工艺参数能够高效、环保、节约地制备出细小、圆整、性能优越的A356.2合金半固态坯料,为下一步二次重熔和半固态成形打下了良好基础。