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半固态金属成形与传统的铸造工艺相比,具有诸多优越性而成为21世纪材料加工新技术。采用添加稀土Er元素变质处理制备了A356合金,利用金相显微镜,扫描电镜,透射电镜与能谱分析等分析测试手段,对制得试样的微观组织进行了研究。
通过控制Er的添加量和不同的冷却速率制备试验合金样品。研究发现:在常规金属型铸造条件下,少量的Er添加量(0.3wt%)可以明显细化共晶硅相。同时冷却速率对硅相形貌也有显著的影响。在较高的冷却速率250℃/s下,当Er元素的添加量为0.5wt%时,可以获得细小纤维状的共晶硅相,其形貌演变机理可能为;在较高的冷却速率250℃/s时,部分Er原子会吸附在硅相的生长前沿并改变其生长界面结构,生长界面结构的不同导致生长面的生长速率的不同,同时共晶硅相形貌的变化可以归咎于硅相周围熔体温度场和成分场的差异。
采用添加稀土Er元素变质处理和弱电磁搅拌制备了A356合金的半固态成形浆料。试验结果表明,微量(0.05wt%)Er元素添加到合金中,可以使合金中的初生α-A1晶粒从蔷薇花状变成细小的球状。Er含量为0.1wt%的合金在595℃时晶粒的形貌较为理想,晶粒尺寸在951μm左右,形状因子接近0.7。在625℃对含Er的合金熔体进行适当的弱电磁搅拌处理,初生α-Al晶粒的平均晶粒尺寸减小到70μm~75μm,形状因子接近0.7。通过这种添加稀土元素Er进行变质处理和弱电磁搅拌作用而获得的半固态浆料,组织均匀,细小,圆整度也较高。可以适用于合金的半固态成形加工。并对其形貌演变机理做了简要的讨论。
通过对半固态成形铸件的组织观察及力学性能测试,研究了稀土Er对半固态成形的A356合金组织及性能的影响,结果发现,合金中添加少量0.1wt%的Er可以明显的细化合金组织,使初生α-Al由树枝晶向细小胞状晶和球状晶转变,同时添加少量Er可以很好的变质细化共晶硅相,使板条状的共晶硅细化,对合金在180℃进行不同时间(2h,4h,6h,8h及12h)的时效处理,发现合金在时效时间6h时,硬度值最大;时效时间8h时,合金的抗拉强度和断后伸长率较好。这是由于合金在半固态压铸时形成了过饱和固溶体,在时效处理时从过饱和的基体中析出了弥散的第二强化相Mg2Si。合金中Er元素的添加可以一定程度上促进第二强化弥散相Mg2Si的析出。从而使半固态合金的力学性能得到增强。