含铁过共晶铝硅合金熔体的流变性能研究

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半固态成形技术具有很多优良的特点,特别是半固态加工成形的零件精度高、质量好,能够实现近净成形。因此,近年来成为研究热点之一。它包括触变成形和流变成形两条工艺路线。随着研究人员对半固态合金组织的形成机制深入的认识,出现了一些新的流变成形方法并且正在取得突破性的进展。在半固态流变成形过程中,要获得合格的成形零件,必须严格、精确地控制浆料的流变性。表观粘度是表征半固态金属流变行为的一个极其重要的参数。Fe是Al-Si合金中的有害杂质,形成的β-Fe相会减小Al-Si合金的室温力学性能。但是,随着Fe的加入,铝合金的硬度会有一定程度的提高,高温力学性能也会有很大改善。添加一定的Mn可以改变铝硅合金中铁相的形貌,减小Fe常温下的危害作用。目前,国内外对富含Fe的过共晶Al-Si合金表观粘度的研究很少,Mn含量对含Fe过共晶Al-Si合金表观粘度影响的报道就更少了。因此,研究含Fe的Al-Si合金的流变性能很有意义。采用旋转粘度仪对半固态Al-17Si-xFe(x=2,3,4)的流变性能进行了研究。测出了Al-17Si-xFe在液相线以上100℃、50℃和液相线以下10℃和40℃的定温粘度,及连续冷却过程中的粘度-温度曲线。结果表明,Al-17Si-2Fe在上述定温下的粘度分别为0.7451、0.7878、0.9224、1.0829Pa s,随着温度降低,粘度增大。当Fe含量从2%增加到4%,Al-17Si-xFe的定温粘度增大。但Fe含量较高时,在液相线以下40℃,随着保温时间的增加,铁相的析出和沉降也较严重,这在一定程度上会减小熔体的表观粘度。随着剪切时间的增加,Al-17Si-xFe合金熔体在液相线以下40℃的表观粘度先减小后增大;在连续冷却的过程中,随着温度的连续降低,熔体的固相率逐渐增大,熔体的表观粘度随之增大,但增加比较缓慢;当温度降低到固相线附近的时候,Al-17Si-xFe熔体表观粘度会急剧增大。另外,在相同剪切速率下,达到相同的固相率时,冷却速度越快,熔体表观粘度就越大。对半固态Al-17Si-2Fe-xMn(x=0,0.4,0.8)熔体表观粘度进行了研究,测量了合金熔体在690℃、680℃、670℃……620℃、610℃、600℃的粘度及表观粘度。结果表明,Al-17Si-2Fe-0.8Mn在上述温度下的粘度分别是0.9088、0.8733、0.8170……0.7779、0.8121Pa s。当Mn含量从0增加到0.8%,粘度增大。Al-17Si-2Fe在640℃粘度突然增大,在630℃粘度降低,结合640和630℃的水淬金相组织得出,Al-17Si-2Fe在640℃左右有铁相析出,在630℃左右有铁相沉积到坩埚底部;Al-17Si-2Fe-0.4Mn熔体在650℃左右有铁相析出,在640℃左右有铁相沉积到坩埚底部;Al-17Si-2Fe-0.8Mn熔体在690℃左右有铁相析出,在670℃左右有铁相沉积到坩埚底部。Mn的加入影响熔体中铁相的形貌:当Mn/Fe比为0时,熔体中铁相主要是针片状-Al4FeSi2;当Mn/Fe比为0.2时,熔体中铁相主要是短条状-Al4(Fe,Mn)Si2和少量的针片状的-Al4FeSi2;当Mn/Fe比为0.4时,熔体中铁相主要是不规则多边形的-Al15(Fe,Mn)3Si2和短条状的-Al4(Fe,Mn)Si2,以及少量的针片状-Al4FeSi2。对熔体粘度影响程度:针片状-Al4FeSi2>不规则多边形-Al15(Fe,Mn)3Si2>短条状的-Al4(Fe,Mn)Si2,针片状的-Al4FeSi2会使熔体粘度增加最多。
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