半固態(tài)觸變擠壓對(duì)ZA27合金組織和力學(xué)性能的影響

劉占勇,左孝青,鐘子龍,李威威

(昆明理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，昆明 650093)

半固態(tài)觸變擠壓對(duì)ZA27合金組織和力學(xué)性能的影響

劉占勇,左孝青,鐘子龍,李威威

(昆明理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，昆明 650093)

通過(guò)與常規(guī)鑄造方法的比較，研究半固態(tài)觸變擠壓對(duì)ZA27合金變質(zhì)、熱處理組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：半固態(tài)擠壓態(tài)合金的密度較鑄態(tài)合金提高了3%，合金經(jīng)Sc變質(zhì)或者半固態(tài)擠壓都獲得了細(xì)小而均勻的近似球狀組織，而Sc變質(zhì)結(jié)合半固態(tài)擠壓的球狀組織具有最高的圓整度；經(jīng)T6熱處理的半固態(tài)擠壓合金由細(xì)小的初生α相和共析(α+η)組織組成，說(shuō)明半固態(tài)擠壓可促進(jìn)ε相溶解、減少三元共晶(β+η+ε)組織的含量。力學(xué)性能測(cè)試表明，ZA27合金經(jīng)半固態(tài)擠壓+Sc變質(zhì)+T6熱處理后其抗拉強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率和布氏硬度分別達(dá)到586.01MPa，17.57%及171HB。

ZA27合金；Sc變質(zhì)；半固態(tài)觸變擠壓；微觀組織；力學(xué)性能

高鋁鋅合金俗稱“白色青銅”，是近二十年國(guó)內(nèi)外日益廣泛應(yīng)用的一種新型有色鑄造合金。其中ZA27合金由于力學(xué)性能較高、耐磨性優(yōu)異以及成本低廉等特點(diǎn)而應(yīng)用前景廣闊[1-3]。然而，ZA27合金凝固溫度范圍寬(112℃)，結(jié)晶過(guò)程成分偏析嚴(yán)重，常規(guī)鑄造時(shí)易于出現(xiàn)枝晶偏析和底部縮孔等缺陷[4,5]而使其力學(xué)性能降低。為了有效解決這些問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了多方面研究，如鑄件熱處理[6]、 超聲波振動(dòng)處理[7]、半固態(tài)電磁攪拌[8]等。隨著半固態(tài)成形理論和技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展[9]，為具有高力學(xué)性能的ZA27合金制備和組織控制提供了新的方法，并在ZA27合金的觸變擠壓研究方面取得了一定進(jìn)展。Chen等[10]研究了觸變擠壓ZA27合金的工藝參數(shù)，結(jié)果表明其強(qiáng)度隨擠壓力和擠壓溫度的提高而提高。郝遠(yuǎn)等[11]對(duì)Zr細(xì)化ZA27合金組織的研究發(fā)現(xiàn)，Zr含量在0.04%～0.2%可獲得較好的變質(zhì)效果，初生相由枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶。Bobic等[12]研究了觸變擠壓ZA27合金的抗腐蝕性，結(jié)果表明ZA27合金腐蝕過(guò)程主要發(fā)生在η和(α+η)相，并且熱處理會(huì)降低觸變成形ZA27合金的耐腐蝕性等。目前有關(guān)ZA27合金的觸變擠壓、變質(zhì)處理及熱處理的研究報(bào)道較少，同時(shí)，半固態(tài)觸變擠壓對(duì)ZA27合金變質(zhì)處理及熱處理的作用機(jī)制也未作深層次探討。本工作通過(guò)與常規(guī)鑄造的比較，采用半固態(tài)觸變擠壓，并結(jié)合變質(zhì)處理和熱處理的方法，研究了半固態(tài)觸變擠壓對(duì)ZA27合金組織和力學(xué)性能的影響，以期為ZA27合金制備技術(shù)的發(fā)展提供有益參考。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料主要包括ZA27合金(寧波鋁億合金材料有限公司)及AlSc2中間合金(湖南稀土研究院有限公司)。ZA27合金化學(xué)成分如表1所示。

表1 ZA27合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

1.2 合金制備方法

將ZA27合金加熱到580～600℃，保溫30min后扒渣、靜置處理，加入0.5%Sc(質(zhì)量分?jǐn)?shù))進(jìn)行5～10min的變質(zhì)處理，待停爐冷卻至490℃時(shí)機(jī)械攪拌2min，得到半固態(tài)坯料；冷卻凝固后將半固態(tài)坯料切割成形，放入470℃預(yù)熱的擠壓模具中進(jìn)行半固態(tài)觸變擠壓(擠壓比11∶1，擠壓力20kN，保壓時(shí)間1min)，得到ZA27合金試樣，而常規(guī)鑄造ZA27合金試樣于560℃澆入鋼模即得；對(duì)半固態(tài)擠壓態(tài)及鑄態(tài)試樣進(jìn)行T6熱處理(350℃×8h固溶+100℃×5h時(shí)效)。表2為8組不同制備工藝所獲得的ZA27合金試樣。

表2 不同制備工藝下的ZA27合金試樣

1.3 測(cè)試分析方法

采用Autograph AG-X力學(xué)試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣(圖1)進(jìn)行拉伸力學(xué)性能測(cè)試；采用HBRVD-187.5A1型布洛維硬度計(jì)進(jìn)行硬度測(cè)試；采用阿基米德排水法測(cè)試試樣密度ρ=m1/(m2-m1)，其中m1為試樣的質(zhì)量，m2為試樣和蒸餾水的總質(zhì)量，取蒸餾水密度為1。拉伸性能、硬度、密度數(shù)據(jù)均為5組試樣測(cè)試結(jié)果的平均值。

圖1 拉伸力學(xué)試樣示意圖Fig.1 Schematic diagram of tensile test specimen

采用Carl Zeiss Axio Imager金相顯微鏡進(jìn)行金相組織觀察；采用Philips XL30掃描電鏡(結(jié)合EDS)和D8 ADVANCE型X射線衍射儀對(duì)試樣進(jìn)行形貌、成分和物相分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鑄態(tài)及半固態(tài)擠壓態(tài)ZA27合金的密度

將所得的青錢柳老葉與嫩葉的轉(zhuǎn)錄組 Unigene 片段進(jìn)行基因功能分類，并比較了老葉與嫩葉KEGG代謝途徑中差異表達(dá)unigenes數(shù)，研究結(jié)果顯示，在青錢柳不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期的葉片中，基因表達(dá)上調(diào)占主異作用的過(guò)程主要涉及萜類和多肽的代謝、輔酶和維生素的代謝和氨基酸代謝，而基因表達(dá)下調(diào)占主異作用的過(guò)程主要涉及信號(hào)傳輸、類脂物代謝與能量代謝.該研究結(jié)果為今后采取基因調(diào)控手段提高萜類、多肽、維生素的產(chǎn)量以及控制類脂物代謝與能量代謝過(guò)程提供了參考.

選取鑄態(tài)(1#)和半固態(tài)擠壓態(tài)(5#)的ZA27合金試樣，對(duì)兩組試樣分別進(jìn)行上、中、下三部分切割取樣，測(cè)試其各部分試樣密度，并計(jì)算得到平均值(表3)。

表3 鑄態(tài)和半固態(tài)擠壓態(tài)ZA27合金的密度(g·cm-3)

由表3可知，半固態(tài)擠壓態(tài)ZA27合金(5#)各部分的密度及平均密度較鑄態(tài)ZA27合金(1#)均有所提高，提高量約為3%。由于常規(guī)鑄造ZA27合金的凝固體收縮率較大，達(dá)到3%～4%[13]，會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的疏松缺陷，導(dǎo)致合金密度降低。在凝固過(guò)程中，生長(zhǎng)的樹(shù)枝晶會(huì)形成緊密的網(wǎng)絡(luò)組織，將鑄態(tài)ZA27合金熔體分割為互不連通的小熔池，阻礙了熔體流動(dòng)，熔池中的凝固收縮得不到及時(shí)補(bǔ)充而形成縮孔和疏松缺陷[14]。圖2為鑄態(tài)和半固態(tài)擠壓態(tài)ZA27合金的SEM圖。如圖2(a)所示，白亮的樹(shù)枝狀組織為初生α相，灰暗的組織為η相，黑點(diǎn)為鑄造所產(chǎn)生的收縮孔，其主要在η相上形成。而半固態(tài)擠壓是在固/液兩相區(qū)進(jìn)行，擠壓過(guò)程中，固/液兩相流可以流動(dòng)，初生樹(shù)枝晶網(wǎng)被破碎，一些細(xì)小的枝晶發(fā)生重熔，液相充填于固相顆粒之間，在擠壓力的作用下液相會(huì)從壓力大的區(qū)域流向壓力小的區(qū)域[15]，有利于凝固過(guò)程的補(bǔ)縮，使縮孔及疏松缺陷明顯減少，組織更加致密。另外，擠壓力作用下固相局部網(wǎng)絡(luò)破碎，也有助于所包裹氣體的排出，提高了材料的密度，如圖2(b)所示，半固態(tài)擠壓使ZA27合金的縮孔及疏松缺陷大幅減少，枝晶偏析得到較好控制，提高了合金成分的均勻性。

圖2 鑄態(tài)和半固態(tài)擠壓態(tài)ZA27合金的SEM圖(a)鑄態(tài)(1#)；(b)半固態(tài)擠壓態(tài)(5#)Fig.2 SEM images of ZA27 alloys by casting and semi-solid thixo-extrusion(a)casting(1#);(b)semi-solid thixo-extrusion(5#)

2.2 鑄態(tài)及半固態(tài)擠壓態(tài)ZA27合金的顯微組織

圖3為ZA27合金的鑄態(tài)(1#)、半固態(tài)坯料(未變質(zhì)、擠壓及熱處理)和半固態(tài)擠壓態(tài)(5#)顯微組織。由圖3(a)可知，鑄態(tài)試樣的組織嚴(yán)重偏析，初生的α相為粗大柱狀樹(shù)枝晶，枝晶由多層片狀共晶β和顏色較暗的η兩相構(gòu)成，并呈并排生長(zhǎng)趨勢(shì)。經(jīng)機(jī)械攪拌后(圖3(b))，樹(shù)枝晶幾乎全部消失，組織形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛐?。?duì)比可見(jiàn)半固態(tài)擠壓態(tài)試樣(圖3(c))的近球形α相(尺寸≤25μm)較之半固態(tài)坯料更為細(xì)小和均勻，連接也變得更為緊密。

圖3 不同狀態(tài)ZA27合金的顯微組織(a)鑄態(tài)(1#);(b)半固態(tài)坯料;(c)半固態(tài)擠壓態(tài)(5#)Fig.3 Microstructures of ZA27 alloys at different conditions(a)casting(1#);(b)semi-solid billet;(c)semi-solid thixo-extrusion(5#)

半固態(tài)坯料在攪拌過(guò)程中，應(yīng)力場(chǎng)的變化可對(duì)樹(shù)枝晶產(chǎn)生剪切作用，并對(duì)流體產(chǎn)生“沖刷作用”。當(dāng)枝晶臂抗剪強(qiáng)度小于外加應(yīng)力時(shí)，枝晶臂從母晶上斷裂，促使樹(shù)枝晶破碎、變形，母晶則發(fā)生鈍化，破碎的枝晶臂成為新的晶核，同時(shí)固/液界面張力及剪切力作用會(huì)使固相顆粒不斷球化，在連續(xù)的結(jié)晶—破碎—再結(jié)晶過(guò)程中就形成了近球形晶粒組織。但也有研究認(rèn)為[16,17]，近球形晶粒是由液相形核生長(zhǎng)而產(chǎn)生的，熔體中初生組織的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)有利于提高固/液界面穩(wěn)定性，使固相核心保持球狀生長(zhǎng)以獲得球狀組織。由本工作可知，半固態(tài)擠壓成形后合金組織以類球形α相為主，這是由于鑄態(tài)合金重熔加熱后，Zn熔化并擴(kuò)散到α相中，促進(jìn)了共晶組織溶解，η相由聚集的大塊狀變成細(xì)小彌散的顆粒狀。擠壓過(guò)程中晶粒被拉長(zhǎng)以致斷裂成微小顆粒，晶粒之間的相互摩擦加速了向球狀轉(zhuǎn)變的速度，在溶解及擠壓應(yīng)力的共同作用下，η相均勻地分布于α相四周，晶粒得到細(xì)化，提高了α相的圓整化程度。

2.3 半固態(tài)擠壓對(duì)ZA27合金變質(zhì)及熱處理的影響

圖4為ZA27合金變質(zhì)組織。可知，鑄態(tài)試樣變質(zhì)處理(3#)的組織，相比鑄態(tài)(1#，圖3(a))，粗大的樹(shù)枝晶狀和花瓣?duì)罱M織已完全消失并轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的球狀晶，但晶界不夠完整。圖5為變質(zhì)處理后鑄態(tài)(3#)和半固態(tài)擠壓態(tài)(7#)ZA27合金的XRD譜圖。除了Al，Zn和CuZn5基體相之外，還有Al2Sc相的生成，半固態(tài)擠壓并沒(méi)有改變合金的物相組成。半固態(tài)擠壓過(guò)程中，一方面Sc和Al生成Al2Sc相顆粒，Al2Sc為高熔點(diǎn)化合物(熔點(diǎn)1420℃)，在初生α相結(jié)晶前析出彌散分布于熔體中，成為異質(zhì)核心而細(xì)化晶粒。另一方面，部分Sc還會(huì)固溶于α相中，吸收空位并降低溶質(zhì)原子Al的擴(kuò)散能力[18]，初生α相凝固生長(zhǎng)及形變破碎時(shí)，由于Sc及α-Al結(jié)構(gòu)的差異，Sc原子被排出到晶界，界面能升高，使其晶間原子擴(kuò)散能力遠(yuǎn)大于晶內(nèi)，從而增加了晶粒形態(tài)演變的驅(qū)動(dòng)力。壓力下擴(kuò)散系數(shù)Dp和常壓擴(kuò)散系數(shù)D0的比值為[19]：

(1)

式中：R為摩爾氣體常數(shù)；T為熔體溫度；V0為液相的原始摩爾體積；p為壓力。由式(1)可得 ZA27 合金在0.25GPa、743K 時(shí)的溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)與常壓的比值為Dp/D0=0.443，即合金壓力下溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)為常壓的44%，溶質(zhì)擴(kuò)散困難，晶體生長(zhǎng)方式由外生生長(zhǎng)向內(nèi)生生長(zhǎng)的趨勢(shì)變大。α相形態(tài)的不同，造成了原子擴(kuò)散途徑和速度的不同，鑄態(tài)樹(shù)枝晶沿枝晶軸向和徑向的原子擴(kuò)散是不同的，組織也是不規(guī)則的，具有各向異性的生長(zhǎng)特征。經(jīng)變質(zhì)處理后初生α相已變?yōu)轭惽蛐尉Я＃M織轉(zhuǎn)變的實(shí)質(zhì)是由原子擴(kuò)散引起的，根據(jù)原子各向同性擴(kuò)散方程[20]：

(2)

式中：C為原子濃度；D為擴(kuò)散系數(shù)；M為單位面積擴(kuò)散物質(zhì)量；r和t分別為擴(kuò)散半徑和時(shí)間。結(jié)合式(1)，擴(kuò)散系數(shù)D減小引起溶質(zhì)富集加劇，原子擴(kuò)散由各向異性向各向同性轉(zhuǎn)變的程度進(jìn)一步提高。變質(zhì)處理結(jié)合半固態(tài)擠壓試樣(7#)的ZA27合金組織，相比3#試樣的組織顯得更加規(guī)則和均勻，接近較為理想的球形晶粒(圖4(b))。

圖4 ZA27合金變質(zhì)組織 (a)鑄態(tài)變質(zhì)處理(3#)；(b)變質(zhì)處理結(jié)合半固態(tài)擠壓(7#)Fig.4 Microstructures of ZA27 alloys by modification treatment (a)modification treatment+casting(3#);(b)modification treatment+semi-solid thixo-extrusion(7#)

圖5 3#及7# ZA27合金的XRD譜Fig.5 XRD patterns of 3# and 7# of ZA27 alloys

2.3.2 半固態(tài)擠壓對(duì)ZA27合金熱處理的影響

圖6為 ZA27合金T6熱處理組織。由圖6(a)可知，鑄態(tài)熱處理后(2#)合金組織依然保留了鑄態(tài)初生α樹(shù)枝晶的輪廓，枝晶間細(xì)小的條塊狀共晶組織和ε-CuZn5相部分分解，包晶β相則溶入α相中。半固態(tài)擠壓合金經(jīng)熱處理后的組織如圖6(b)所示，相比鑄態(tài)熱處理后的組織，樹(shù)枝晶完全消失，黑色非平衡三相(β+η+ε)共晶組織減少，形成了典型的(α+(α+η))組織?；疑?α+η)組織彌散分布在均勻的α相的周圍，體積分?jǐn)?shù)減小，α相的體積分?jǐn)?shù)增大，說(shuō)明非平衡ε相和β相的轉(zhuǎn)化更為充分。由于二次重熔及半固態(tài)擠壓是在470℃下進(jìn)行的，原子擴(kuò)散充分，部分三相共晶組織熔化后與α相融合，減少了脆性非平衡三相(β+η+ε)共晶組織，相當(dāng)于對(duì)合金進(jìn)行了不完全固溶處理。半固態(tài)擠壓形成的部分過(guò)飽和固溶體，在后續(xù)熱處理過(guò)程中可促進(jìn)β→α+η的共析反應(yīng)，(α+η)共析組織具有良好的強(qiáng)度和塑性，有助于合金力學(xué)性能的提高。另外，半固態(tài)擠壓對(duì)第二相的溶解和脫溶均有促進(jìn)作用，且對(duì)第二相的溶解作用較大[21]。析出的ε相被碎化到一定尺寸后，產(chǎn)生回溶，基體過(guò)飽和度增大，當(dāng)過(guò)飽和度增大到一定數(shù)值后，在應(yīng)力作用下發(fā)生脫溶而形成穩(wěn)定的顆粒，獲得彌散分布、細(xì)小的ε-CuZn5硬質(zhì)相。因此，ZA27合金的半固態(tài)擠壓減少了非平衡三相(β+η+ε)共晶組織，促進(jìn)了α相的固溶，有利于后續(xù)熱處理過(guò)程中獲得(α+η)共析組織和細(xì)小彌散ε-CuZn5硬質(zhì)相。

圖6 ZA27合金T6熱處理組織 (a)鑄態(tài)熱處理(2#)；(b)熱處理結(jié)合半固態(tài)擠壓(6#)Fig.6 Microstructures of ZA27 alloys by T6 heat treatment (a)casting+heat treatment(2#);(b)semi-solid thixo-extrusion+heat treatment(6#)

2.4 鑄態(tài)及半固態(tài)擠壓態(tài)ZA27合金的力學(xué)性能

表4列出了鑄態(tài)和半固態(tài)擠壓態(tài)ZA27合金試樣的力學(xué)性能。

表4 不同制備工藝下ZA27合金的力學(xué)性能

由表4可知，半固態(tài)擠壓ZA27合金的力學(xué)性能相對(duì)鑄態(tài)有了大幅的提升，半固態(tài)擠壓試樣(5#)的抗拉強(qiáng)度為415.62MPa，伸長(zhǎng)率為15.85%，硬度為139HB，與鑄態(tài)(1#)相比分別提高了34.7%，209.5%及15.8%。0.5%Sc變質(zhì)處理對(duì)提高合金的力學(xué)性能作用明顯，熱處理后的合金力學(xué)性能進(jìn)一步提高。變質(zhì)+半固態(tài)擠壓+熱處理(8#)合金力學(xué)性能最好，其抗拉強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率，硬度分別達(dá)586.01MPa，17.57%，171HB。

圖7為變質(zhì)+半固態(tài)擠壓+熱處理的ZA27合金(8#)的SEM照片。由圖7(a)可知，α相基體尺寸細(xì)小均勻，晶間組織的溶解使晶界輪廓模糊不清，黑色非平衡三相共晶組織幾乎完全消失，α-Al與η-Zn基體已融為一體。對(duì)圖7(a)框處白亮組織做能譜分析(圖7(b))表明，主要有Al，Sc，Cu，Zn元素，結(jié)合XRD圖譜(圖5)可判斷，該處組織以Al2Sc顆粒和ε-CuZn5硬質(zhì)相為主，并以白色絮狀彌散分布于基體中。可見(jiàn)，變質(zhì)+半固態(tài)擠壓+熱處理的ZA27合金(8#)，其密度及化學(xué)成分均勻性提高，形成了以球形細(xì)化的α相為主、(α+η)及Al2Sc和ε-CuZn5彌散分布的組織。

圖7 變質(zhì)+半固態(tài)擠壓+熱處理的ZA27合金(8#)SEM圖(a)和EDS分析(b)Fig.7 SEM image(a) and EDS analysis(b) of ZA27 alloys (8#) by modification treatment+semi-solid thixo-extrusion+heat treatment

3 結(jié)論

(1)與鑄態(tài)相比，半固態(tài)擠壓態(tài)試樣組織更加致密，密度提高了3%左右，基本消除了縮孔、疏松等缺陷。

(2)半固態(tài)攪拌及擠壓抑制了ZA27合金樹(shù)枝晶的生長(zhǎng)，得到了均勻的類球狀組織；變質(zhì)元素Sc與Al生成Al2Sc相可促進(jìn)ZA27合金的異質(zhì)形核、細(xì)化組織，變質(zhì)后的ZA27合金經(jīng)半固態(tài)擠壓可得到較為理想的球形晶粒。

(3)ZA27合金的半固態(tài)擠壓減少了脆性非平衡三相(β+η+ε)共晶組織，形成的過(guò)飽和固溶體熱處理時(shí)更容易獲得彌散的α及(α+η)組織，有利于細(xì)小彌散ε-CuZn5相的獲得。

(4)ZA27合金經(jīng)Sc變質(zhì)+半固態(tài)擠壓+T6熱處理后,其抗拉強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率和硬度分別為586.01MPa，17.57%及171HB。

[1] El-KHAIR M T A,LOTFY A,DAOUD A.Microstructure,thermal behavior and mechanical properties of squeeze cast SiC,ZrO2or C reinforced ZA27 composites[J].Materials Science and Engineering:A,2011,528(6):2353-2362.

[2] LI R X,LI R D,BAI Y H,et al.Effect of specific pressure on microstructure and mechanical properties of squeeze casting ZA27 alloy[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2010,20(1):59-63.

[3] CHEN T J,HAO Y,SUN J.Microstructural evolution and phase transformations of mechanically stirred non-dendritic ZA27 alloy during partial remelting[J].Journal of Wuhan University of Technology:Materials Science Edition,2004,19(4):56-61.

[4] BILJANA B,JELENA B,ZAGORKA A P.The effect of T4 heat treatment on the microstructure and corrosion behaviour of Zn27Al1.5Cu0.02Mg alloy[J].Corrosion Science,2011,53(1):409-417.

[5] XIANG Q C,ZHANG W,WANG R C.Effects of minor amounts of scandium on microstructure and mechanical properties of ZA27 alloy[J].China Foundry,2013,10(5):294-298.

[6] LIU Y,LI H Y,JIANG H F,et al.Effects of heat treatment on microstructure and mechanical properties of ZA27 alloy[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2013,23(3):642-649.

[7] 張洋,宋博瀚,閆久春.超聲波振動(dòng)下SiC陶瓷顆粒與Zn-Al液態(tài)合金的相互作用機(jī)制[J].材料工程,2016,44(2):28-34.

ZHANG Y,SONG B H,YAN J C.Interaction mechanism between SiC ceramic particles and liquid Zn-Al alloy under ultrasonic vibration[J].Journal of Materials Engineering,2016,44(2):28-34.

[8] 段興旺.電磁攪拌和等溫?cái)D壓對(duì)ZA27合金半固態(tài)組織的影響[J].特種鑄造及有色合金,2010,30(6):520-522.

DUAN X W.Effects of electromagnetic stirring and isothermal extrusion on microstructure of ZA27 semi-solid alloy[J].Special Casting & Nonferrous Alloys,2010,30(6):520-522.

[9] 楊柳青,康永林,張帆,等.A357鋁合金半固態(tài)流變壓鑄成形組織工藝研究[J].材料工程,2009,(6):64-66.

YANG L Q,KANG Y L,ZHANG F，et al.Study on microstructure-processing relationship of a semi-solid rheo-diecasting A357 aluminum alloy[J].Journal of Materials Engineering,2009,(6):64-66.

[10] CHEN T J,HAO Y,SUN J.Effects of compression parameters on deformation behaviors of semi-solid ZA27 alloys[J].Journal of Wuhan University of Technology:Materials Science Edition,2003,18(3):9-14.

[11] 郝遠(yuǎn),狄杰建,陳體軍,等.細(xì)化劑對(duì)ZA27合金觸變組織的影響[J].金屬熱處理,2001,26(7):11-13.

HAO Y,DI J J,CHEN T J,et al.Effects of refiner on thixotropic microstructure of ZA27 alloy[J].Heat Treatment of Metals,2001,26(7):11-13.

[12] BOBIC B,BAJAT J,ACIMOVIC-PAVLOVIC Z,et al.Corrosion behaviour of thixoformed and heat treated ZA27 alloys in NaCl solution[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2013,23(4):931-940.

[13] CHEN Y G,TU M J,SHEN B L.Influence of La and RE on the underside shrinkage of ZA27 alloy[J].Journal of Rare Earths,1999,17(2):47-51.

[14] GAO M,HE G H,YANG F,et al.Effect of electric current pulse on shrinkage cavity and porosity in casting ZA27 alloy[J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2001,11(5):824-826.

[15] TAN J B,LI Z M,GUO L J,et al.Effect of initial structure characteristic on evolution of primary phase in mold filling[J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2009,19(7):1216-1223.

[16] LI T,LIN X,HUANG W D.Morphological evolution during solidification under stirring [J].Acta Metallurgica,2006,54(18):4815-4824.

[17] MULLINS W W,SEKERKA R F.Morphological stability of a partical growing by diffusion or heat flow[J].Journal of Applied Physics,1963,34(2):323-329.

[18] ROKHLIN L L,DOBATKINA T V,BOCHVAR N R.Investigation of phase equilibria in alloys of the Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc system[J].Journal of Alloys and Compounds,2004,367(1):10-16.

[19] 王宏偉,朱冬冬,鄒鶉?guó)Q,等.高壓凝固對(duì)Ti-48Al合金片層組織及其力學(xué)性能影響[J].稀有金屬材料與工程,2012,41(1):42-44.

WANG H W,ZHU D D,ZOU C M,et al.Effect of high pressure on the lamellar spacing and mechanical properties of Ti-48Al alloy[J].Rare Metal Materials and Engineering,2012,41(1):42-44.

[20] 余永寧.金屬學(xué)原理[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2013.216.

YU Y N.Principles of Metallography[M].Beijing:Metallurgical Industry Press,2013.216.

[21] VASIL’EV L S,LOMAEV I L,ELSUKOV E P.On the analysis of the mechanisms of the strain-induced dissolution of phases in metals[J].The Physics of Metals and Metallography,2006,102(2):186-197.

(本文責(zé)編：王 晶)

Effect of Semi-solid Thixo-extrusion on Microstructures and Mechanical Properties of ZA27 Alloy

LIU Zhan-yong,ZUO Xiao-qing,ZHONG Zi-long,LI Wei-wei

(College of Materials Science and Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China)

Through comparative study with normal casting, the effects of semi-solid thixo-extrusion on microstructures and mechanical properties with modification treatment and heat treatment of ZA27 alloys were studied. The results show that the density of semi-solid thixo-extrusion ZA27 alloy increases by 3% compared to the one obtained by normal casting, fine spherical uniform microstructure is obtained by Sc modification treatment or semi-solid thixo-extrusion, and the best roundness of the globular grains is obtained by Sc modification combined with semi-solid thixo-extrusion. The microstructure of ZA27 alloy by semi-solid thixo-extrusion combined with T6 heat treatment is composed of small α primary phase and (α+η) eutectoid phase, which shows that semi-solid thixo-extrusion can promote the dissolution of ε phase and reduce (β+η+ε) ternary eutectic content. The mechanical properties test indicates that the tensile strength, elongation and Brinell hardness of the ZA27 alloy by semi-solid thixo-extrusion, and after Sc modification and T6 heat treatment, are up to 586.01MPa, 17.57% and 171HB respectively.

ZA27 alloy;Sc modification;semi-solid thixo-extrusion;microstructure;mechanical property

10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000920

TG249.2

A

1001-4381(2017)06-0017-07

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51164019)；云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究重點(diǎn)項(xiàng)目資助(2010CC004)；昆明理工大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目資助(2010-2015)

2015-07-25;

2016-10-27

左孝青(1964-)，男，教授，博導(dǎo)，主要從事多孔金屬材料、有色金屬及其復(fù)合材料方面研究，聯(lián)系地址：云南省昆明市五華區(qū)學(xué)府路昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院(650000)，E-mail：zxqdzhhm@163.com