電磁離心鑄造法制備鋁硅合金半固態組織研究

王學東，高軍芳，趙玉清

（邢臺職業技術學院機電系，河北邢臺054035）

    摘要：通過在離心機上安裝磁鐵，成功制備出了鋁硅合金半固態組織試樣；研究了安裝磁鐵后離心機轉速對半固態組織的影響。結果表明，在安裝磁鐵情況下，離心機轉速越高，鋁硅合金的組織越細小均勻。

    關鍵詞：離心機；半固態組織；磁鐵

    中圖分類號：TG249.4文獻標識碼：A文章編號：1001-3814(2010)11-0073-01

    半固態成形技術是一種新的金屬材料成形技術，其原理是在金屬凝固過程中，對其實施干擾，改變金屬凝固組織的生長方式，使其形成一種全新的固-液兩相混合物。利用半固態成形可以消除常規鑄造生產過程中出現的粗大枝晶，獲得更加細小均勻的金屬凝固組織。半固態成形技術出現以來，許多國家都進行了相關的研究，出現了許多半固態成形方法，如機械攪拌法，噴射沉積法，電磁攪拌法等[1-3]，這些技術多用于半固態方面的理論研究，與半固態成形技術的實際應用相差較遠。為了將半固態技術與實際生產結合起來，本研究在普通離心鑄造機上安裝了磁鐵。安裝在離心鑄造機上的磁鐵在鑄造冷型中形成了一個磁場，在鑄造過程中，金屬液隨冷型轉動，做切割磁力線運動，金屬液內部產生電流，電流和磁場相互干擾，金屬原有的生長方式被打亂。當離心機轉速不同時，電流和磁場相互干擾程度不同。因此本研究在不同的轉速下，制備了鋁硅合金半固態試樣，對半固態成形技術的實際應用進行研究和探討。

    1·實驗過程

    1.1實驗前準備

    實驗前將ZL101鋁錠切割成20mm×20mm左右的小塊；檢查箱式電阻爐工作狀態是否正常，檢查調試離心機，準備鋼鋸、400～1000號水砂紙、拋光膏、1wt%的NaOH溶液，金相顯微鏡及照相設備。

    1.2實驗過程

    將裝有ZL101的坩堝放入箱式電阻爐，熔煉鋁硅合金，電阻爐的溫度控制在（720±10）℃，在熔煉合金的同時將鑄造冷型和澆注系統預熱至400℃左右，制備第1個試樣時在離心機上不安裝磁鐵，轉速為500r/min，制備第2～4個試樣時在離心機上安裝磁鐵，轉速分別為300、500和800r/min。合金熔煉好以后，開啟離心機，將金屬液澆入冷型，分別按照上述工藝參數制備4個試樣。取出試樣后，用鋼鋸在中間部位鋸取一小塊，經粗磨、預磨、拋光、浸蝕（1wt%的NaOH溶液）后制成金相試樣，用金相顯微鏡進行觀察并照取金相照片，見圖1。

    2·實驗結果分析

    觀察試樣1的金相照片可以看到明顯的樹枝狀初生α相，這說明在不安裝磁鐵的情況下，離心鑄造ZL101的凝固組織按照樹枝晶的生長方式進行凝固；觀察試樣2的金相照片可以看出，初生α相變細變短，這說明電磁作用使ZL101凝固組織的生長方式發生了改變；觀察試樣3的金相照片可以看出，初生α相的枝晶生長方式基本被打亂，組織中已經觀察不到較長的枝晶了，這說明轉速增加時電磁作用加強，ZL101凝固組織的生長方式發生了較大改變；觀察試樣4的金相照片可以看出，初生α相的枝晶生長方式完全被打亂，這進一步說明提高離心機轉速電磁作用增強，ZL101凝固組織的生長方式完全被打亂。

                        圖1不同工藝條件下ALSi7Mg合金的金相組織

    3·結論

    （1）不加磁場情況下，離心鑄造Al-Si合金的凝固組織呈枝晶狀態。

    （2）安裝磁鐵，可以改變離心鑄造時Al-Si合金的凝固組織。

    （3）安裝磁鐵情況下，隨著離心機轉速增加，電磁作用對Al-Si合金凝固組織的影響不斷加強，當轉速達到800r/min時，Al-Si合金枝晶生長方式完全被打亂。

參考文獻：

[1]Flemings M C．Behavior of metal alloys in the semi-solid state[J]．

Metallurgical Transactions A，1991，22(5)：957-981．

[2]朱鳴芳，蘇華欽．半固態鑄造技術的研究現狀[J]．特種鑄造及有色合金1996，16（2）：29-31．

[3]毛衛民．半固態金屬成形技術[M]．北京．機械工業出版社，2006．8-38.