自孕育法流变压铸2024变形铝合金微观组织特征

  在传统压铸过程中,金属液以高速紊流的方式充填模具型腔进而裹气,同时由于型腔内已存在的气体和涂刷在已经预热模具表面涂料产生的气体在成形时也无法完全排除,在高压作用下气体溶解在合金中或者形成弥散分布的高压微气孔存在于铸件中,进而严重影响压铸件的力学性能和耐蚀性能,导致传统液态压铸件无法通过热处理强化。而半固态压铸充分应用了半固态浆料/坯料的特性,利用其触变特性实现以层流方式平稳充型,所得的压铸件组织致密均匀、性能提高,且能延长模具寿命。

  本文以2024变形铝合金为研究对象并将自孕育法半固态浆料制备和传统高压压铸造相结合,研究了2024变形铝合金半固态浆料制备和流变压铸的微观组织特征。

  实验材料为2024变形铝合金,用纯Al锭、纯Mg锭、Al-50Cu和Al-Mn中间合金按名义成分Al-4.3Cu-1.5Mg0.6Mn(质量分数,%)熔炼配制,熔炼所用设备为7.5kW井式坩埚电阻炉和石墨坩埚,将上述配料放置在井式坩埚炉中进行熔炼,待金属熔化后进行测温。当熔体温度达到740~760℃时,用1wt%C2Cl6进行精炼除气,用精炼勺上下搅动液面成镜面为止,扒渣静置10min后待用??刂迫厶逦露仍?20℃时浇注成Φ15mm×150mm棒料,然后将棒料加工成5mm×5mm×5mm的金属块作为自孕育剂。

  当控制熔体温度在720℃时,向2024铝合金熔体中加入5wt%孕育剂,使其经导流器后流入浆料收集器,浆料收集器表面涂敷涂料,保证保温后的半固态浆料能顺利从浆料收集器中倒出。实验中浆料收集器温度恒定为(625±1)℃,将收集后的浆料保温一定时间并通入氩气?;?。本实验中合金熔体质量约为1kg,在4~6s完成一次熔体经导流器到浆料收集器的浇注过程。

  采用自孕育铸造法可制备出组织良好的适用于流变压铸的半固态浆料,无须对压铸机进行改进,解决了半固态浆料的保存和输送,缩短了工艺流程。半固态浆料保温时间和保温温度对浆料组织有重要的影响。保温温度为625℃、保温时间为3~10min,可获得晶粒尺寸细小、晶粒圆整度较高的半固态浆料组织,经流变压铸后的晶粒平均尺寸为72.5μm,在初生α(Al)内部没有夹裹液相。压铸时,模具预热温度250℃、压射充型速度在2m/s、增压压力为150~180MPa、压射室温度约450℃左右,经短时保温后,2024铝合金半固态浆料能顺利进行流变压铸。