【正文】 初生相的尺寸大小和均勻性、形狀及分布都直接影響到后續(xù)工藝及最終產(chǎn)品質(zhì)量,因此,在利用電磁攪拌技術(shù)制備半固態(tài)漿料時(shí)需要有效控制非枝晶相的形成。該鑄造機(jī)一次可以生產(chǎn)4根 (30～120)mm4500mm半固態(tài)棒料,生產(chǎn)效率約為普通鑄棒的80%。圖18　半固態(tài)壓鑄和普通壓鑄件的質(zhì)量比較（四）鋁合金半固態(tài)觸變模鍛成形半固態(tài)觸變成形需要先制備半固態(tài)坯料,這會(huì)增加一些生產(chǎn)成本。 ③零件力學(xué)性能好。通過(guò)對(duì)Al2Si合金進(jìn)行的制漿試驗(yàn)表明,這種方法能夠有效地解決大體積熔體的均勻冷卻,制備出具有細(xì)小、均勻、非枝晶組織的半固態(tài)漿料。但由于粗大樹(shù)枝晶很容易引起熱裂及縮孔,使這種合金很少使用。在活塞合金(如A390)的普通壓鑄中,初晶Si的尺寸及分布均勻很難保證,限制了該類合金推廣應(yīng)用,而SSP技術(shù)有望成為該類合金加工成形的有效手段[16]。而流變成形具有的流程短、成本低的優(yōu)勢(shì),使這項(xiàng)工藝技術(shù)在解決現(xiàn)有小型鑄件的質(zhì)量方面具有明顯的優(yōu)勢(shì),但是在實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模化應(yīng)用之前,還需要解決漿料質(zhì)量過(guò)程控制所涉及的許多問(wèn)題[19]。 ⑥開(kāi)發(fā)適合半固態(tài)專用的合金體系。將加熱到澆注溫度分別為678℃，688℃，700℃，710℃的進(jìn)行變質(zhì)處理的熔化的半固態(tài)液態(tài)金屬液澆注到裝置后，在制備半固態(tài)漿料的同時(shí),向在澆注溫度分別為678℃，688℃，700℃，710℃的熔化的液態(tài)金屬中加入體積比為10%的Al2O3作為顆粒增強(qiáng)劑,以獲得半固態(tài)的鋁基復(fù)合材料,達(dá)到提高材料性能的目的。手工磨光試樣時(shí)，砂紙應(yīng)放在玻璃板上，依次用280號(hào)、500號(hào)、水砂紙、0、0003號(hào)金相砂紙磨光，每更換一道砂紙。并做輕微移動(dòng)。采取化學(xué)侵蝕方法。 拋光表面在侵蝕前應(yīng)該保持清潔，無(wú)水跡和油污。 在光學(xué)顯微鏡下初步觀察侵蝕完干燥后的材料組織，看是否符合實(shí)驗(yàn)要求。在晶體長(zhǎng)大過(guò)程中，位錯(cuò)可通過(guò)類似于多邊化過(guò)程而合成小角度晶界。但由于凝固時(shí)放出的大量潛熱填補(bǔ)了合金向環(huán)境散熱的熱量損失，隨固相率的增高，凝固潛熱減少，后期合金溫度發(fā)生快速降低。根據(jù)出現(xiàn)成分過(guò)冷條件：當(dāng)合金澆注溫度越低，溫度梯度G越小，在澆注溫度尺不變的情況下，越容易滿足上式，即越容易出現(xiàn)成分過(guò)冷度。（3）為制備細(xì)小的球形晶合金組織，最佳澆注溫度范圍為680710℃。③重結(jié)晶機(jī)制李濤等[9]利用丁二腈．水透明模型合金和Sn一15％Pb合金進(jìn)行攪拌，通過(guò)實(shí)時(shí)觀測(cè)技術(shù)和淬火金相組織分析對(duì)半固態(tài)處理過(guò)程中的組織形成及演化進(jìn)行了研究，提出了球狀初生晶粒的重結(jié)晶機(jī)制。早在20世紀(jì)90年代初，有人用分形理論證明了定向凝固固液界面結(jié)構(gòu)屬于分形結(jié)構(gòu)，可以用分形方法來(lái)定量描述。這個(gè)區(qū)域可以進(jìn)行凝固但是由于此層液態(tài)金屬過(guò)冷度很小，所以一般不會(huì)產(chǎn)生新的晶核，而是以激冷區(qū)內(nèi)壁上原有的晶粒為基礎(chǔ)進(jìn)行長(zhǎng)大。在這樣情況下，由于冷卻較慢，過(guò)冷度不大，形成的晶核也不會(huì)多，所以鑄錠及鑄件的中心區(qū)就形成了比較粗大的等軸晶粒。激冷區(qū)晶體特征時(shí)呈樹(shù)枝紙幸簧長(zhǎng)大，最后時(shí)近似與等軸晶粒，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)在激冷區(qū)中是某些枝晶不具有結(jié)晶學(xué)的對(duì)稱性，這是由于正在成長(zhǎng)的枝晶跟隨著熱流形式變化而彎曲的結(jié)果。在純金屬的情況下，鑄態(tài)組織一般時(shí)完全的柱狀晶并且很少產(chǎn)生擇優(yōu)位向。 ：由鑄錠或鑄件中心區(qū)域的過(guò)冷溶體均質(zhì)型核并長(zhǎng)大的結(jié)晶?！? 1．形核的熱力學(xué)條件在金屬或合金凝固時(shí)，金屬或合金液的溫度一般要降低到金屬熔點(diǎn)或合金液相線溫度TL以下，此時(shí)金屬或合金熔體系統(tǒng)的自由能變化為△G=GS－GL=(HS－HL) －T(SS－SL)= △H－T△S (31)式中：GS—金屬或合金固相的自由能 GL—金屬或合金液相的自由能 HS—金屬或合金固相的熱焓 HL—金屬或合金液相的熱焓 SS—金屬或合金固相的熵 SL—金屬或合金液相的熵假定金屬或合金的熱焓H和熵S不隨熔體溫度T的變化而變化，初生晶核的固液界面為平面，則當(dāng)T=Tm(金屬或單相合金的熔點(diǎn))時(shí)，凝固處于平衡狀態(tài)，此時(shí)的固液相之間的自由能差A(yù)G應(yīng)該等于零，于是下式成立　　 當(dāng)合金熔體的△G0時(shí)，凝固后金屬或合金系統(tǒng)的能量才可能下降，即形成初生晶核才具有驅(qū)動(dòng)力，AT越大，形核的驅(qū)動(dòng)力也就越大，所以金屬或合金熔體存在一定的過(guò)冷度是形成初生晶核的熱力學(xué)條件。具有枝晶組織的合金明顯地比具有等軸晶組織的合金所產(chǎn)生的液相偏析嚴(yán)重，且其滲透性也比球形顯微結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重得多。 結(jié) 論 （1）澆注溫度對(duì)半固態(tài)Al2O3/2A14Al復(fù)合材料的顯微組織有相當(dāng)大的影響，當(dāng)熔融合金在高于液相線溫度澆鑄時(shí)所得到的組織粗大且枝晶較多。而高的冷卻速度將強(qiáng)烈抑制合金組織的長(zhǎng)大。畢竟“經(jīng)師易得，人師難求”，希望借此機(jī)會(huì)向張老師表示最衷心的感謝！ 此外，本文最終得以順利完成，也是與機(jī)電學(xué)院其他老師的幫助分不開(kāi)的，雖然他們沒(méi)有直接參與我的論文指導(dǎo)，但在開(kāi)題時(shí)也給我提供了不少的意見(jiàn)。 （3）半固態(tài)鑄造技術(shù)可以制備優(yōu)良的半固態(tài)材料。當(dāng)澆鑄溫度很高時(shí)，盡管冷卻速度相當(dāng)高也只能獲得完全枝晶態(tài)纖維組織。應(yīng)力的偏應(yīng)力部分僅由固相承擔(dān)，靜水壓力分別由固相和液相承擔(dān)，液體承擔(dān)的壓力被稱為孔隙壓力，孔隙壓力是由多孔固體骨架的體積變化引起的液相流動(dòng)的阻力發(fā)展而來(lái)的。由圖31可見(jiàn)，在晶核半徑，很小時(shí)，隨著晶核半徑r的增大，系統(tǒng)的總能量△G不斷升高；當(dāng)晶核半徑，達(dá)到rc時(shí)，系統(tǒng)的總能量△G也達(dá)到最大值；當(dāng)晶核半徑r超過(guò)rc時(shí)，系統(tǒng)的總能量△G才不斷下降，這個(gè)rc就叫做臨界晶核半徑。金屬的凝固組織就是金屬凝固以后的一種存在狀態(tài)，它對(duì)金屬的力學(xué)性能和物理性能及加上性能都具有很大的影響。 （4）等軸晶區(qū)的形成機(jī)構(gòu)：等軸晶區(qū)的形成有四種機(jī)構(gòu)。例如: 提高澆注溫度激冷區(qū)就減少。熱的對(duì)流就會(huì)因此而紊流。 應(yīng)當(dāng)指出只有那些在和型壁垂直的方向上具有最大長(zhǎng)大線速度的枝晶才有可能發(fā)展成柱狀晶，因?yàn)樗鼈儽绕渌蛞簯B(tài)金屬深處生長(zhǎng)的途徑短些，故能較早的深入過(guò)冷層，并在相鄰的斜生的樹(shù)枝晶的前沿長(zhǎng)出自己的二次枝晶軸，使斜生的樹(shù)枝晶的生長(zhǎng)受到阻礙而最終完全停止。分形對(duì)不規(guī)則形態(tài)的表征能立刻給半固態(tài)鋁合金初生響形貌的演化帶來(lái)新的啟發(fā)，即從分形角度研究半固態(tài)初生相的形貌是可行的。隨著攪動(dòng)時(shí)間的進(jìn)一步增加，二次球晶在攪動(dòng)的液相中迅速大量形核長(zhǎng)大。在合金中未加Al2O3時(shí)，其組織形態(tài)如圖34（a）所示，組織呈粗大板條狀，且組織分布不均勻。此外，當(dāng)澆注溫度低于710℃時(shí)，合金凝固早，固相率太高，部分合金尚未得到充分剪切就生長(zhǎng)成粗大的枝晶，在試驗(yàn)給定的軋輥轉(zhuǎn)速條件下，剪切作用不足以引起抗剪強(qiáng)度較大的枝晶臂發(fā)生斷裂。另一方面，澆注溫度不同，合金開(kāi)圖31 沿波浪形傾斜板型腔中心線合金由入口到出口溫度變化(75O℃澆注)始時(shí)凝固時(shí)間也不同，溫度越低，合金越早發(fā)生凝固。 不同澆注溫度下半固態(tài)Al2O3/2A14Al復(fù)合材料的組織不同溫度下半固態(tài)Al2O3/2A14Al復(fù)合材料試樣的金相組織照片如圖31 (a)、(b)、(c)、(d)所示：（a）（b） （c）（d）圖31 不同澆注溫度下半固態(tài)Al2O3/Al復(fù)合材料的組織（a）678℃（b）688℃（c）700℃（d）710℃如上面4圖所示圖中板塊狀的物質(zhì)為初生a相，深色區(qū)域?yàn)楣簿ЫM織。. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康娜缦拢?,變質(zhì)處理。侵蝕方法有表面侵入法和表面擦拭法。電勢(shì)較低處形成電池的陽(yáng)極，溶解較快；電勢(shì)較高處形成陰極，溶解較慢。濕度太小，由于摩擦生熱會(huì)使試樣生溫，使試樣產(chǎn)生晦暗現(xiàn)象，其合適的拋光濕度是以提起試樣后磨面上的水膜在3～5秒鐘內(nèi)蒸發(fā)完為準(zhǔn)。除了手工細(xì)磨外，還可用金相試樣預(yù)磨機(jī)機(jī)械細(xì)磨，但磨光時(shí)需注意用水冷卻，避免磨面過(guò)熱。合金組織主要由細(xì)小的球形晶和攻瑰晶及殘余液相成，在合理的澆注溫度條件下，制備的半固態(tài)合金漿料適于進(jìn)行流變成形。 材料：2A14鋁合金，金相砂紙、拋光粉、拋光布、浸蝕劑、棉球、酒精，三氧化二鋁粉末。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),當(dāng)前還需要盡快解決以下幾個(gè)問(wèn)題[20]: ①半固態(tài)坯料質(zhì)量及其穩(wěn)定性是保證后續(xù)工藝穩(wěn)定和最終產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵,因此需要盡快開(kāi)發(fā)制備高質(zhì)量大直徑半固態(tài)坯料的制備技術(shù),滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要。利用SSP技術(shù)可以改善原始坯料微觀組織結(jié)構(gòu)和加工性能,因此將SSP技術(shù)與傳統(tǒng)加工成形方法有效結(jié)合,在基本不改變?cè)泄に嚄l件的前提下有望提高變形鋁合金塑性加工能力,降低生產(chǎn)成本。因此SSP技術(shù)成為生產(chǎn)A206合金汽車零部件的重要技術(shù)之一?？梢钥闯龀跎鄶?shù)量較多、較細(xì)小, , 。但是與壓鑄相比也存在一些不足之處,如只適合單件生產(chǎn),生產(chǎn)效率較低。盡管通過(guò)改造壓鑄模具、縮短澆道等方法可以提高材料利用率,但壓鑄生產(chǎn)仍然會(huì)產(chǎn)生30%以上需要回收的余料。而采用半固態(tài)觸變壓鑄可以明顯提高這類產(chǎn)品的質(zhì)量。同時(shí)在制漿室中心放置芯棒,以提高剪切攪拌作用,見(jiàn)圖14。 鋁合金半固態(tài)加工技術(shù)的研究金屬半固態(tài)加工技術(shù)( Semisolid Processing, SSP)自美國(guó)麻省理工學(xué)院的David Spencer于1971 年首次提出至今已有30多年,先后召開(kāi)了9次國(guó)際會(huì)議,開(kāi)發(fā)出來(lái)的半固態(tài)觸變成形工藝和觸變注射( Thixomould2ing)工藝已經(jīng)分別在鋁合金汽車零部件和鎂合金3C殼體上獲得了工業(yè)化應(yīng)用[ 1, 2 ] 。德國(guó)已用此法生產(chǎn)半固態(tài)材料錠坯。這種獲得細(xì)小球狀等軸晶粒組織的工藝,目前還不能從理論上獲得圓滿的解釋,但一般認(rèn)為是由于恢復(fù)與再結(jié)晶的結(jié)果。流變鑄造錠坯晶粒細(xì)小、組織均勻,幾乎不存在疏松與顯微氣孔,力學(xué)性能高。圖12為電磁攪拌鑄造法示意圖。①電磁流體動(dòng)力學(xué)鑄造法,即電磁攪拌法。由于半固態(tài)金屬漿液的保存和輸送很不方便,因而這種成形方法投入實(shí)際應(yīng)用的較少。 （2）成形溫度低，可節(jié)省能源；同時(shí)生產(chǎn)時(shí)擺脫了高溫液態(tài)金屬環(huán)境，減少污染。可見(jiàn), 半固態(tài)加工是利用金屬?gòu)囊簯B(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變或從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變( 即液固共存) 過(guò)程中所具有的特性進(jìn)行成形的方法。畢業(yè)論文澆注溫度對(duì)半固態(tài)Al2O3/2A14Al復(fù)合材料組織的影響畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。采用這種既非液態(tài)又非完全固態(tài)的金屬漿料加工成形的方法, 稱為金屬的半固態(tài)成形技術(shù)。