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半固态挤压铸造工艺参数对AlSi9Mg连杆的显微组织以及力学性能的影响 摘要:通过研究施加的压力，浇注和模具的温度的改变过程对连杆的半固态挤压铸造制备（SSSC）过程中的显微组织和力学性能的影响。结果表明，非树枝状的初生α-Al颗粒均匀分布在整个连杆。随着施加的挤压力的增加，铝颗粒尺寸减小而增大形状因子，从而增加连杆的力学性能。当浇注温度和模具的温度增加时，原铝颗粒的大小和形状因子增加。然而，如果模具温度高于300℃，形状系数突然下降。在浇注温度575℃得到连杆SSSC过程中最好的显微组织和力学性能，模具约250℃温度，和100兆帕的压力。 1.简介
半固态金属加工（SSM）是一个将传统的热锻造和铸造优势结合的技术。它可以在近净形成型过程中形成的具有高质量的工件，这种技术已经被视为二十一世纪生产中最有前途的技术之一。在SSM加工可以分为成形和流变成形。由于在运输和自动化的方便，触变成形广泛用于汽车工业制造镁合金和铝合金。
除了获得非枝晶，小，近球形结构，触变成形的另一个重要特性是它的能力，它能较好地减少缺陷如缩松和液体分离。高压压铸（HPDC）被广泛用于形成SSM，但很难完全消除孔隙由于其填充率高，导致湍流模腔填充和凝固收缩。挤压铸造（SC）是一个通用的术语来表示一个制造技术在凝固过程是在高压下的推广，结合压铸的优点和锻造成一个单一的操作，液态金属在压力下凝固的应用。
这使生产部件有着高完整性和好的力学性能。因此，半固态挤压铸造（SSSC），这可以被看作是半固态成形和挤压铸造的一个组合工艺，能够进一步提高产品性能。挤压铸造工艺参数对铝合金、镁合金及其复合材料的组织性能的影响已进行了大量的研究。近年来，应用SC在铝合金半固态加工的研究已在进行了。Mao .等人研究了流变挤压铸造A356铝合金。结果表明：当注射压力为22 MPa时，模腔不完全填充的然而，随着压力增加到34 MPa，腔可以完全填充和铸件表面质量很好。Burapa等人研究了初级阶段形态对AlSiMgFe合金半固态挤压铸件力学性能的影响。Lu等人，Dai等人研究了间接超声振动过程的流变挤压铸造铝合金（RSC）效应和挤压力和模具温度对显微组织和力学性能的影响。然而，很少有人进行了对AlSi9Mg合金半固态挤压铸造的研究。
AlSi9Mg铝合金连杆，具有复杂的几何形状（如图1所示），需要特殊的机械性能，被广泛应用在汽车制造业。两连杆的形状相同但大小不同，较大的一个（连杆，图1（a））是265克，较小的一个（连杆B，图1（b））是208 g，在这项研究中，一种间接的半固态挤压铸造过程中被用来制造连杆。半固态挤压铸造过程中，施加的压力，浇注温度和模具温度的主要参数的影响的显微组织和力学性能。因此，对这三个参数对连杆由SSSC的微观结构和力学性能的影响的研究已经为这个过程中应用的重要意义。 2.实验过程
AlSi9Mg合金连杆的化学成分（wt%）合金的是：硅 9.23%，镁0.25%，锰0.5%，和铝平衡。该合金的液相线温度和固相线温度分别是595℃和555℃。用差示扫描量热法（DSC）的方法描述随着温度的固相分数的曲线，如图2所示。 用电磁搅拌（EMS）制备AlSi9Mg合金半固态浆料。铸坯切成100毫米?型号：，在半固态温度区再热约10分钟。随后，浆立即倒入模具型腔的挤压铸造机形成。模具预热到一定温度后浇。压力施加到浆立即在模具型腔充填结束，保持10 s直到凝固结束由400吨垂直挤压铸造液压装置（sch-400a）。杆装置由SSSC工艺制造连接图如图3所示。
在SSSC的过程，浇注温度，模具温度，速度和应用挤压力是主要的工艺参数，挤压力和挤压速度的相互影响。在这项研究中，只有所施加的挤压力（P）和浇注温度（TP）和模具预热温度（Td）在实验过程中变化，才能发现每个对显微组织和力学性能的连杆由SSSC的影响。表1显示了实验条件的细节。 对金相检验标本从连杆的每个样本中切断大致地，精细打磨和用0.5%的HF溶液蚀刻。的显微组织，用光学显微镜观察和分析。样品的显微照片进行定量金相分析软件分析。等效粒径（D）和形状因子（SF）的初级阶段使用以下方程计算：
d?4A? （1）
4?Ap2 （2）
Sf?
其中，A和P分别是一个粒子的面积和周长，SF值从0变化到1，当SF值接近1，颗粒形状接近于一个圆。平均粒径（APD）和平均形状因子（ASF）是基于计数的当量直径和形状中所有主要因子α粒子。
拉伸试样的矩形截面的连杆加工，其形状和尺寸如图4所示。拉伸试验是在1.25毫米/分钟的十字头速度的万能材料试验机上进行的。 3.结果分析
3.1 SSSC连杆的一般结构
图5显示了典型的SSSC连杆。图像表明，由SSSC加工的连杆的表面是完整的，它表明，SSSC条件下充型能力好，整个模腔完全充满。
图6显示了采用常规液体SC（浇注温度680℃，压力100 MPa，模具温度250℃）连杆的结构。从图6可以看出，有许多典型的初级铝枝晶的长度超过150毫米。 图7显示了在连杆的SSSC的条件下制作不同位置的组织：挤压力100 MPa，浇注温度和模具温度250℃和575℃。可以看出，非树枝状的初生α-Al颗粒在整个铸造过程中运行和演化是一致的。组织均匀的连杆和运行表明，一旦模具型腔填充完成后，剩余的液体凝固?阳离子可能整个组件[ 19 ]发生。此外，在微观结构有两种主要的成分：比较大的铝球（标记为?1?A1）晶粒直径约30–35毫米，和组织提出了许多非常小的约10毫米直径的??A1粒子（标记为?2?A1）。 在SSSC过程中存在着两种不同的固化阶段。在加热阶段的浆凝固是指第一凝固后，浇注在模具型腔中的高压下被称为二次凝固的浆液凝固。再热温度575℃，相应的固含量为0.40（图2），创建在浆料中大量的核，生长形成相对较大的颗粒在高压力。粒子的形态几乎是球形的，它们均匀地分布在整个组织。当料浆浇注到模腔中，异质形核出现在剩余的液体。所有这些核的成长和巩固在很短的时间内，在高压力下，形成小颗粒，形成“继发凝固”。这些现象与流变压铸流变挤压铸造相似。此外，由于连杆是相当薄，模具温度较低，固化时间很短，因此，在球形状态下的初级粒子非常小。
表2显示了由SSSC连杆的力学性能，在此条件下和常规液体SC与浇注温度680℃，模具温度250℃挤压力100 MPa 比较。可以看出，与传统的液体SC相比，SSSC连杆的力学性能得到显著提高的。SSSC制造连杆的抗拉强度和伸长率分别为17.76%和23.40%的高（铸）和16.35%和26.02%（热处理），比传统的液体范
围更大。
3.2压力对组织的影响
图8显示了SSSC连杆的在应用挤压力25，50，75和100 MPa与浇注温度和模具温度575℃和250℃的条件下制备的组织APD和ASF如图9所示。从图8可以看出（A），在25 MPa下，许多很粗的花环颗粒能被观察到，APD是38.1毫米，ASF是0.5232。当压力增加到50 MPa，玫瑰形状的原铝颗粒成为球状，几乎无α粒子剩余（图8（b）），APD减小到30.6 mm，ASF增加到0.5754。再次，压力增加到75 MPa和100 MPa，我们发现大部分原铝颗粒近球形，小，如图8所示（（c）和（d））。APD减少到25.8毫米和22.7毫米，而ASF增加到0.6214和0.6554，分别。换句话说，铝颗粒球形小施加压力的增加，和APD减小而ASF随压力增大。
图10显示了与抗拉强度的关系，并在此条件下试样的伸长率挤压力。在铸态和热处理状态，连接杆的增加施加的压力增加，拉伸强度和断裂伸长率。当压力高于75 MPa时，曲线变得陡峭，说明机械性能逐渐趋于稳定。
挤压铸造，有压力的影响，两种不同的功能在凝固过程中的微结构。首先，应用压力提高了合金的液相线温度，根据克劳修斯-克拉珀龙方程推导?Tf?P?Tf(Vl?Vs)?Hf （3） 哪里是平衡凝固温度，并分别是液体和固体，具体数量，和熔化潜热。纯铝，冷冻温度预计增加约6 K每100兆帕的压力。这表明AlSi9Mg合金的液相线温度升高6 K，就加大100 MPa的压力。由于AlSi9Mg合金半固态温度范围很窄（40℃），通过增加浆体和模具之间的过冷度增加的液相线温度下应用的压力对凝固过程的影响。
另外，高压力可以提高传热和冷却速率的泥浆和模具表面改善之间的接触而引起的。传热和冷却速度随施加的压力增大，因此，原铝颗粒变得更小和更接近球形的。此外，LM13合金挤压铸造，当施加的压力超过100 MPa，结构略有变化，据推测，100 MPa的压力在这之间的熔体和模具表面达到完全接触[9 ]。铝合金流变挤压铸造，Dai等人和Lu等人发现了相同的结果。此外，在高于100兆帕的压力，设备的性能可能会受到严重的影响，因此施加的压力应该被限制到约100
MPa。
3.3浇注温度的影响
图11显示了SSSC连杆在不同浇注温度下的微观组织：570℃，575℃和580℃℃与挤压力100 MPa和模具温度250℃。图12描述了浇注温度对APD和ASF原铝颗粒的影响。图13显示了浇在具备上述条件的连接杆的抗拉强度和延伸率温度的影响。
可以看出。在浇注温度580 ℃，组织主要为初级?1?A1。随着浇注温度的降低，初生α-Al的大小和形状的颗粒减小，分布不均匀。在浇注温度570 ℃，组织包括比较大的初级A1和许多很小的但不是球形的A2铝粒。因此，APD和ASF在浇注温度575℃那些比较小。可以看出，从图13看出，在580℃和570℃浇注温度，铸件的力学性能不如在浇注温度为575℃发现好。当浇注温度为580℃，机械性能是在浇注温度比570℃略好
当浇注温度太高，实相是非常低的，并为进一步的后果主要铝颗粒比较大。此外，较高的浇注温度引起的粘度低，这会增加湍流模腔的填充过程，对微结构有不利影响。相反，较低的浇注温度，固相率是比较高的，在泥浆众多核，形核率相当高，因此，原铝颗粒小而不是球。此外，浇注温度太低会导致高的表观粘度，从而降低了模具型腔的充填能力。即使浇注温度低于565℃，模腔未完全填充。因此，在浇筑575℃温度得到最佳的组织和连接杆由SSSC的力学性能。 3.4模具温度的影响
使用模具预热温度200℃，250℃，300℃和350℃，研究模具温度对SSSC连杆的显微组织和力学性能的影响，而浇注温度和施加的压力为分别为575℃和100MPa。图14演示了这些样品的显微组织。模具温度对APD和ASF的效果。模具温度在上述条件下连接杆的抗拉强度和延伸率的影响如图16所示。可以看出。14和15，随着模具温度的升高，原铝颗粒变粗，球状，APD的不断增加而先增加后减小的APS。当模具温度达到350℃，有许多花颗粒，因此，形状因子ASF突然降低。可以看出，从图16看出，拉伸强度和断裂伸长率随着模具温度从200℃增加到250℃迅速增加，但只有轻微的改变为250℃和300℃然而之间的模具温度，拉伸强度和断裂伸长率降低模具温度突然增加到350℃。
与传统的液体SC相比，SSSC的浇注温度低100℃以上，这样，如果模具温
半固态挤压铸造工艺参数对AlSi9Mg连杆的显微组织以及力学性能的影响
