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合金和化合物509（2011）7973-7978
半固态成型对合金的微观组织和力学性能的影响
S.G.Shabestari∗,E.Parshizfard
卓越中心的先进材料加工（CEAMP）、伊朗科技大学（IUST）冶金与材料工程学院
摘要
在铸造铝合金中，铁是最常见的杂质。
含铁的金属化合物对合金的力学性能产生不利的影响。
文章的目的是研究塑性成型和半固态成型对含铁金属化合物的微观组织和力学性能的影响。
大量不同的铁和锰注入到A380铸造铝合金中。
合金经过塑性成型，重结晶和部分熔融（RAP）触角成型。
研究通过触角成型的合金的微观组织和力学性能。
结果显示通过RAP和触角成型加工
合金里的铝元素更加均匀。
通过半固态成型的合金的屈服强度，抗拉强度和延伸强度与通过铸造而形成的合金都要大幅度提升。
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关键词：
金属化合物、触角变形工序、机械性能
1.介绍
在铸造铝合金中，铁是最常见的杂质。
一方面，在压铸合金中，铁是为了防止熔融合金从“焊接”到铸造模具必不可少的元素。
铝硅铁共晶大约发生在含0.8%铁的时候。
铁的合金稍微高于这个水平时，当两种材料融合在一起，熔融材料不会出现太多或者没有拉伸率而去解决钢坏死的情况。
因此，铁在合金中成分过高会减少合金铸造时候的潜力，由于这个原因，大多数的铝在压铸的时候需要大概0.8%到1.1%含铁量。
同样的，铝硅合金应该保持其所需要的机械特性的使用温度。
即时通过在沉淀硬化的时候添加铜和镁可以提高铝合金的强度，沉淀物在提升温度的时候不稳定和导致在固化的时候温度增加太快。
因此，在合金成型添加合金元素时候需要一个教高的温度，热稳定金属化合物成型可以通过添加过度元素，比如铁添加到铝合金中。
因为铁是不可以避免的以及从熔融合金中移除的经济效益不高，所以必须有点策略去消其负面影响。
铁元素的负面影响一般是成型固化的时候产生含铁过多的金属间化合物。
金属间化合物中含铁过多而产生的脆化的负面影响可以通过添加添加锰来中和，改变其血小板形态而减少对成型害处。
同时随着熔体中存在着这些元素也会产生一些机械问题，同时随着这些元素的添加也会增加金属间化合物的体积，同时意味着内径尺寸含铁量比较高，相应的再次损坏了其机械性能。
因此，对合金的强度和塑性越来越重要和改变铁金属间化合物减少害处。
塑性变形和随后的半固态成形已应用与金属化合物的形态变化。
这些工艺可以提升合金的的抗压能力同时也可以改善铁金属间化合物的结构。
2.实验程序
研究的目标是运用触角变形来产生近净变形。
熔融工序可以运用在触角变形上。
触角变形包含两个基本的步骤，包括准备一个合适的触角变形的材料，然后选取一个合适材料的温度来产生SSM完成最终部分。
冷轧也可以用在金属间化合物的生成，然后也有助于提高材料的部分性能。
合金具有不同成分的铁元素和通过熔融获得的A380不同元素铝合金。
铁元素和合金的合成通过添加ALTAB75%铁和ALTAB75%的锰。
合金的材料分析和化学组成在Table1中给出了。
Table1合金的化学组成成分
制备的材料加热到500摄氏度，熔炼8小时组成成分，然后熔炼成液态金属溶液。
沉淀物结晶为60mmX30mmX20mm尺寸然后成型。
他们通过冷轧获得11%还原到原来的部分。
合金融合的温度取决于在固态成型阶段所用的热量分析。
熔融金属的温度版本需要用标准的K型热电偶和最终的结果运用电脑记录下来通过对它的分析火的冷却曲线。
对于触角变形，加热到578摄氏度并且在电阻炉±1摄氏度的温度精准下保持25分钟这种温度而获得标本。
标本然后从电阻炉中转移到模具中然后在进行30%的热度加工。
然后再液压机（150吨和最大负荷、200毫米/秒的速度）进行压缩。
在这个实验中，液压机提供的压力大约是200毫米/秒和50吨。
为了保持一个恒定的熔融温度。
插入和保持低温度的模具在加热器中进行加工。
按照原样施加的压力保持为20秒，失败的样品迅速淬入水中，观察其显微组织和力学性能。
制备的样品为显微观察的评估，他们在0.5%的HF中侵蚀15秒。
金相检查通过尼克光学显微镜进行epiphoto300和camscanmv230扫描。
拉伸实验是根据astme-8m-97的标准拉伸样本进行。
所有的测试都使用hounsfiELD拉伸试验机在室温下进行，与正负50千牛负载细胞和1X1000的50ks模型进行。
进行五次拉伸实验是综合每一份样本的报告获得平均的力学性能。
3.结果和讨论
3.1铸造组织
这个加工过程的目标是通过增加铁元素和锰元素的组成获得不同体积分数的
金属间化合物。
金属间化合物在最终的部分成分如表Fig.1。
Fig.1金属化合物的体积分数和隔离的因素
合金铸造的显微组织如图Fig.2。
金属间化合物有瓷器印刷由比较低的铁元素和猛元素组成如图（Fig.2b）。
金属间化合物中含有高含量的铁元素和猛元素如图（Fig.2和D）。
所有金属间化合物的形成有主要的α射线和瓷部分的显微组织和β射线加入显微铸造中。
这是铁元素和锰元素保持2：
1的主要原因。
Fig.2合金成型时候的显微组织结构
Fig.3详细的描述了金属间化合物的高成分的组成材料，如图我们可以看到，灰色阶段，多面体形态形成在铝合金和共晶在硅的附近如字母A和字母B。
成核和硅元素共晶的过程可以很清晰的在显微镜下观察。
实际上金属间化合物适合成核和硅成型的过程。
在（Table2）中EDS分析多面体的金属间化合物相表明了
的组成成分如Fig.4图，相似如图的报告。
同样的如EDS分析得到合金中有Cu的存在（Fig.4）。
Fig.3合金的显微组织3铁的铸态组织结构
Table.2EDS的微量分析金属化合物阶段
Fig.4背散射电子图像的金属化合物阶段
3.2铸态组织形式
Fig.5中显示变形试样的显微结构，平行于轧制方向。
在铝合金中存在这大量的硅元素。
清晰的观察到微小的裂纹是由于在轧制过程中施加的应力和和较低的成形性的金属间化合物。
这是因为在处理韧性同时塑性流动过程阶段附近的金属间化合物具有有限或者没有延性和高应力集中敏感，所以会导致裂纹的脆性阶段。
这些微小的裂纹在结构的脆性阶段和最后分解成更小的微粒。
犹豫延性较低的合金，高效率的减少截面是不可能的，因此碎小的微粒子不可以被取代（Fig.5）。
因此，补充流程是可以弥补这些缺陷的并且形成合金近净形部分。
半固态成形的样品可以解决。
Fig.5塑性变形后显微组织标本的平行与轧制方向（BD）显示在（a）（b）（c）（d）
另一方面，压缩变形应用铸态合金的应变能的增加可以作为重结晶半固态转的驱动力。
3.3半固态状态的微观结构
合金的凝固冷却曲线和一阶导数曲线如Fig.6（a）。
液体体积分数的变化和温度计算合金如Fig.6（b）。
如图所示，夜相的体积分数大概30%-50%的，温度在577-579摄氏度，适用于半固体成形。
基于热分析结果，A380合金等温度处理在不同时期的578摄氏度如Fig.7。
再结晶结构显然是观察到这图由于热处理前的预变形的样品。
Fig.6冷却曲线和一阶导数曲线（b）液体体积分数的变化与温度
如（Fig.7a和b）中，小球的球形和共晶的连续性与控股的时候不够15或者20分钟。
他们改善的样品保持时间25分钟，铝原子的能力降低了，和共晶相的体积分数增加了30分钟。
因此，最好的球形和接近共晶阶段获得的样本有25分钟的占用时间，适用于半固体的形成。
Fig.7微观结构的A380等温控制578摄氏度（a）15分钟、（b）20分钟,（c）25分钟、（d）30分钟
3.4触角变形状态的微观结构
塑性变形引起的碎片含有金属间化合物的铁和猛的化合物。
为了提高化合物的机械性能要采用适当的合金金属间化合物的分布。
应用塑性应变并不足以将金属间化合物混合。
因此，半固态成形对于修改发生在塑性变形生成的缺陷是有必要的。
实际上，在半固态状态，样本显示非常低的抗剪切应力。
因此，小能量成形所需要的样品。
裂开的金属间化合物瓦解，也都会融化。
Fig.8显示了SEM-BSE触角变形和铸态合金的显微图。
在触角变形示列中，金属间化合物颗粒的大小已经明显下降，其分布已得到改进。
犹豫处在半固体状态，这些粒子的位移发生在两固体成分的运动到夜相中。
初级粒子均匀分布在整个界面的触角变形样品。
Fig.8背散射扫描电镜微观结构的合金（a）铸态条件（b）触角变形
进一步的显微结构的评估显示，没有滞留触角变形的样本，和孔隙率比较好的收缩，观察一些偶尔样品还不到0.7%。
Fig.9显示了分析铸态和触角变形微观结构不同的合金结果。
对比触角变形和铸造样本，看到的是，由于对主铁包含的平均大小化合物是最重要的。
值得注意的是，平均粒径随隔离因子增加和降低（增加铁含量）触角变形样本。
在触角变形过程中，金属间化合物的当量直径降低了39%和59%当隔离因素是2.23和5.37。
因此可以预计，随着铁含量增加，塑性变形产生较小的金属间化合物。
Fig.9金属化合物当量直径的变化和隔离因素对铸态合金的影响
3.5机械性能
不同合金的机械性能比较如Fig.10。
触角变形在改变机械性能是有效的，特别是在对合金方面。
尽管应用触角变形的合金的延伸率随着铁元素的增加而降低，但是值得提及的是，伸长的合金3铁触角变形的条件等于A380合金的伸长率与铸态条件下的铁含量水平要低的多。
这是由于其大小和形态的改变包含金属间化合物的主要铁化合物。
Fig.10比较不同合金的力学性能（a）伸长（b）屈服强度（c）抗拉强度
触角变形样品相比有更高的屈服强度和抗拉强度A380铸态样品。
随着触角变形导致屈服强度增加，最终样品的强度下降，随着铁含量的最大量2.87wt%铁。
获得了良好的结合强度和伸长触角变形的样本。
这项结果显示，通过对铝元素均匀的分配和控制临近共晶阶段的改善可以提高合金的力学性能。
减少硬化层均匀性的分布的最佳规模，和减少金属间化合物的孔隙度，半固态加工生产。
值得提及的是，在工业情况下，高压压铸机（HPDC）可用于其加工过程。
它支持用电阻围绕周围。
里见面的原料的温度增加到半固态状态。
浆的固体部分由保持温度和时间控制。
然后，合金的半固体浆含铁金属间化合物转移到拍摄室HPDC机器的最终形成。
4.结果
基于这一研究获得的结果，下面的结论可以表示：
1.由于过程中有效的改正了形态学的主要阶段。
应用塑性变形和持有的A380铝合金等温过剩的铁和锰。
随着元素添加的含量降低。
2.在工业情况下，高压压铸机（HPDC）可用于工艺和合金的半固体浆含有金属间化合物转移到拍摄室HPDC机器的最终形成。
3.11%的塑性变形后等温578摄氏度控制25分钟已经在控制球状结构和共晶相的连续性中占主要地位。
4.由于过程中怎家了合金的强度和伸长率，铸态相互比较。
它引起的孔隙度极低，细等轴过程颗粒的形貌和均匀分布的金属间化合物样品的微观结构。
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