D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.03.013 第29卷第3期 北京科技大学学报 Vol.29 No.3 2007年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.2007 半固态A1Si6Mg2铝合金循环剪切变形下的触变行为 汤国兴)毛卫民)周志华) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)景德镇陶瓷学院，景德镇333001 摘要在Couette型同轴圆桶流变仪上，采用滞后环工艺研究了半固态AISi6Mg2铝合金浆料的触变行为·实验结果表明： 半固态AS6Mg2铝合金浆料在循环剪切变形下，静置时间越长，剪切速率到达最大值所用时间越短、固相分数越大，最大剪 切速率越大，则合金浆料一滞后环所包围区域面积越大，合金浆料的触变性越强 关键词铝合金；半固态；触变性：循环变形：剪切变形 分类号TG146.2+1;0373 半固态金属成形技术是近年来发展非常迅速的 1 一种近终型、高效率、节能环保的新型金属加工技 实验方法 术.利用半固态成形技术可以制造出成本低、组织 实验用合金为AlSi6Mg2铝合金，化学成分（质 结构精细、尺寸精度高的铸件，在汽车、电子、通信、 量分数)为：Si,5.98%;Mg,2.13%:其余为Al. 航空航天等领域得到较为广泛的应用].目前应 半固态AISi6Mg2铝合金触变性能的实验研究 用最成功和最广泛的半固态铝合金是A356,A357 在自行设计的Couette型同轴圆桶流变仪3]上 等少数几种，但其力学性能较低，如果选用力学性 进行， 能较高的锻造铝合金进行半固态成形，由于其固相 坩埚内壁和石墨检测头之间的间隙很小，约为 分数随温度变化的速率太大，不利于固相分数和成 2.5mm,作用在合金浆料上的力可视为纯剪切力 形工艺的准确控制.因此，研制适合半固态成形特 施加在金属液上的平均剪切速率Y由下式计算)： 点和同时具有较高力学性能的新合金成为研究热点 之一 4 (1) AISi6Mg2铝合金是一种新型铝合金，其力学性 式中，ω为电机转动角速度，n为电机转动转速，R 能较高，固液温度区间较宽，固相分数随温度变化的 为坩埚内壁半径，「为石墨检测头的半径 速率较小，这些特性符合半固态成形合金的基本要 作用在石墨检测头上的剪切应力t由下式 求，有利于准确控制半固态成形时的工艺参数[] 计算： 半固态金属成形时，其充型或加压过程都是在极短 2πr2h (2) 时间内完成的，因此为了有效地控制半固态合金的 成形过程和制造高质量的合金零件，需要深入地认 式中，M为石墨检测头上的扭矩，h为石墨检测头 识其触变性能.虽然对半固态合金的触变性能已有 浸入金属液内的深度 一些研究.-]，但是对AS6Mg2合金触变性能 半固态浆料的固相分数f.由Scheil公式求 的研究迄今为止尚未见报道 出4 本文以A1Si6Mg2铝合金作为研究对象，在 1/(1-k) f=1- T-Tu T-T (3) Couette型同轴圆桶流变仪上，采用滞后环工艺研究 了半固态AIS6Mg2铝合金浆料的触变行为及其影 式中，TM为纯溶剂金属组元的熔点，TL为合金的 响因素 熔点，T为合金液的实际温度，k为合金的溶质平衡 分配系数 收稿日期：2006-03-08修回日期：2006-10-26 基金项目：国家高技术研究发展项目(No·2006AA03z115):国家重 在实验过程中，将A1Si6Mg2铝合金原料放入 点基础研究规划项目(No-2006CB605203):国家自然科学基金资助 坩埚，待其完全熔化后即开始连续冷却，在冷却过程 项目(Na,50374012) 中不对合金浆料进行任何搅拌.当合金浆料温度下 作者简介：汤国兴(1968一)，男，博士研究生；毛卫民(1958一)，男， 教授，博士 降到预定的等温温度时，停止冷却并进行保温：然后
半固态 AlSi6Mg2铝合金循环剪切变形下的触变行为 汤国兴12） 毛卫民1） 周志华1） 1） 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 2） 景德镇陶瓷学院景德镇333001 摘 要 在 Couette 型同轴圆桶流变仪上采用滞后环工艺研究了半固态 AlSi6Mg2铝合金浆料的触变行为．实验结果表明： 半固态 AlSi6Mg2铝合金浆料在循环剪切变形下静置时间越长、剪切速率到达最大值所用时间越短、固相分数越大、最大剪 切速率越大则合金浆料 τ－γ · 滞后环所包围区域面积越大合金浆料的触变性越强． 关键词 铝合金；半固态；触变性；循环变形；剪切变形 分类号 TG146∙2＋1；O373 收稿日期：20060308 修回日期：20061026 基金项目：国家高技术研究发展项目（No．2006AA03Z115）；国家重 点基础研究规划项目（No．2006CB605203）；国家自然科学基金资助 项目（No．50374012） 作者简介：汤国兴（1968－）男博士研究生；毛卫民（1958－）男 教授博士 半固态金属成形技术是近年来发展非常迅速的 一种近终型、高效率、节能环保的新型金属加工技 术．利用半固态成形技术可以制造出成本低、组织 结构精细、尺寸精度高的铸件在汽车、电子、通信、 航空航天等领域得到较为广泛的应用［1－3］．目前应 用最成功和最广泛的半固态铝合金是 A356A357 等少数几种但其力学性能较低．如果选用力学性 能较高的锻造铝合金进行半固态成形由于其固相 分数随温度变化的速率太大不利于固相分数和成 形工艺的准确控制．因此研制适合半固态成形特 点和同时具有较高力学性能的新合金成为研究热点 之一． AlSi6Mg2铝合金是一种新型铝合金其力学性 能较高固液温度区间较宽固相分数随温度变化的 速率较小这些特性符合半固态成形合金的基本要 求有利于准确控制半固态成形时的工艺参数［4－6］． 半固态金属成形时其充型或加压过程都是在极短 时间内完成的因此为了有效地控制半固态合金的 成形过程和制造高质量的合金零件需要深入地认 识其触变性能．虽然对半固态合金的触变性能已有 一些研究［17－12］但是对 AlSi6Mg2合金触变性能 的研究迄今为止尚未见报道． 本文以 AlSi6Mg2 铝合金作为研究对象在 Couette 型同轴圆桶流变仪上采用滞后环工艺研究 了半固态 AlSi6Mg2铝合金浆料的触变行为及其影 响因素． 1 实验方法 实验用合金为 AlSi6Mg2铝合金化学成分（质 量分数）为：Si5∙98％；Mg2∙13％；其余为 Al． 半固态 AlSi6Mg2铝合金触变性能的实验研究 在自行设计的 Couette 型同轴圆桶流变仪［13］ 上 进行． 坩埚内壁和石墨检测头之间的间隙很小约为 2∙5mm作用在合金浆料上的力可视为纯剪切力． 施加在金属液上的平均剪切速率 γ · 由下式计算［9］： γ · ＝ 2ωRr R 2－ r 2＝ 2πn 60 2Rr R 2－ r 2 （1） 式中ω为电机转动角速度n 为电机转动转速R 为坩埚内壁半径r 为石墨检测头的半径． 作用在石墨检测头上的剪切应力 τ由下式 计算： τ＝ M 2πr 2h （2） 式中M 为石墨检测头上的扭矩h 为石墨检测头 浸入金属液内的深度． 半固态浆料的固相分数 f s 由 Scheil 公式求 出［14］： f s＝1－ T M－ TL T M－ T 1／（1－k） （3） 式中T M 为纯溶剂金属组元的熔点TL 为合金的 熔点T 为合金液的实际温度k 为合金的溶质平衡 分配系数． 在实验过程中将 AlSi6Mg2铝合金原料放入 坩埚待其完全熔化后即开始连续冷却在冷却过程 中不对合金浆料进行任何搅拌．当合金浆料温度下 降到预定的等温温度时停止冷却并进行保温；然后 第29卷 第3期 2007年 3月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．3 Mar．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．03．013
第3期 汤国兴等：半固态ASi6Mg2铝合金循环剪切变形下的触变行为 307 以某一剪切速率Y%等温搅拌，直至稳态；再静置不 该为圆整的固相颗粒均匀地悬浮于液相中，形成一 同的时间t,:最后对合金浆料施加一个匀速增加的 个均匀的悬浮体系，但是，当合金浆料静置时，依照 剪切速率对其搅拌，并开启数据采集系统观察作用 体系能量最小原则，组织总是会自发地进行自我调 在搅拌头上的剪切应力变化，剪切速率到达最大值 整.通过组织观察发现，对于半固态金属浆料悬浮 Ymax所用时间记为tu·剪切速率达到最大值后，以 体系，该自发过程表现为固相颗粒之间的某种程度 的团聚，这种现象称为固相颗粒的团聚过程10).团 该最大剪切速率匀速搅拌一定时间2，使得合金浆 聚后的固相在尺寸上增大，形态上也变得更加不规 料重新达到稳态，然后再将剪切速率匀速地减小到 则，增加了流体流动的阻力，所以半固态金属浆料在 0,其所用时间记为t·随着剪切速率的变化，作用 静置后重新搅拌时作用在浆料上的剪切应力会突然 在搅拌头上的剪切应力τ也随着发生变化，记录剪 增加，随着剪切的重新进行，原来团聚的颗粒由于 切速率逐步增大和接着逐步减小时的一Y滞后环， 相互之间还没有来得及合并或者结合处还比较脆 滞后环所包围区域面积的大小就反映了合金浆料触 弱，又会在剪切力的作用下相互分离而重新形成均 变性的强弱，在实验中，AlSi6Mg2铝合金浆料连续 匀的悬浮体系，因此其剪切应力又会随剪切的作用 冷却阶段的冷却速度控制在4℃min1,并且o= 而逐渐降低，此过程称为固相颗粒的解聚过程，即 Ymax,tu-=ld 剪切变稀过程.静置时间越长，固相颗粒之间的团 聚越充分；因此，重新开始搅拌时作用在搅拌内桶上 2实验结果及讨论 的剪切应力就越大，而施加搅拌后使颗粒之间的聚 2.1静置时间对滞后环面积的影响 集团解聚的时间也相应变长，表现为半固态合金浆 在599℃（对应的理论固相分数为f.=0.3)下， 料的一Y滞后环面积越大. 设置不同的保温静置时间，实验检测到的半固态 2.2剪切速率到达最大值所用时间对滞后环面积 的影响 ASi6Mg2铝合金浆料的t一Y滞后环如图1所示. 在595℃（对应的理论固相分数为f,=0.35) 实验中剪切速率%=m=93.2s1,静置时间t, 下，将剪切速率到达最大值Ymax所用时间tu设定不 分别为5s和5,30,60min,其他条件见图1.从图1 同值，实验检测到的半固态AISi6Mg2铝合金浆料 可以看出：等温搅拌后静置时间t,越长，半固态A Si6Mg2铝合金浆料的滞后环所包围区域面积越大， 的一Y滞后环如图2所示.实验中剪切速率Yo= 1300 由于一Y滞后环所包围区域面积的大小反应了合 430minf0.35,4-4min 1100 -o-1=10s 金浆料触变性的强弱，因此等温搅拌后静置时间越 -4-1.=55 900 -1-1.=28 长，合金浆料的触变性越强 1600 1400 25,f-030=6mim 300 1200 -0-5s -t=5 min 100 1000 -*-t-30min AC06220203000000000000000886722 800 -。-=60min -100 0 204060 80100 600 剪切速率/s 400 200 图2剪切速率到达最大值所用时间对半固因态ASi6Mg2铝合金 0 浆料滞后环面积的影响 200 0 20 406080 100 Fig-2 Effect of the time for the shear rate to reach the maximum 剪切速率/s value on the area of hysteresis loops for semi-solid AlSi6Mg2 alu- minum alloy slurry 图1静置时间对半固态ASi6Mg2铝合金浆料滞后环面积的影 响 ymas=93.2s一，剪切速率到达最大值mx所用时间 Fig-1 Effect of resting time on the area of hysteresis loops for se- tm分别为2,5,10s,其他条件见图2.从图2可以看 mi-solid AlSi6 Mg2 aluminum alloy slurry 出：剪切速率到达最大值Ymas所用时间tu对半固态 对于半固态金属浆料来讲，理想的组织特征应 AlSi6Mg2铝合金浆料的滞后环面积影响也很大
以某一剪切速率 γ · 0 等温搅拌直至稳态；再静置不 同的时间 tr；最后对合金浆料施加一个匀速增加的 剪切速率对其搅拌并开启数据采集系统观察作用 在搅拌头上的剪切应力变化．剪切速率到达最大值 γ · max所用时间记为 tu．剪切速率达到最大值后以 该最大剪切速率匀速搅拌一定时间 t2使得合金浆 料重新达到稳态然后再将剪切速率匀速地减小到 0其所用时间记为 td．随着剪切速率的变化作用 在搅拌头上的剪切应力 τ也随着发生变化．记录剪 切速率逐步增大和接着逐步减小时的 τ－γ · 滞后环 滞后环所包围区域面积的大小就反映了合金浆料触 变性的强弱．在实验中AlSi6Mg2铝合金浆料连续 冷却阶段的冷却速度控制在4℃·min －1并且 γ · 0＝ γ · maxtu＝td． 2 实验结果及讨论 2∙1 静置时间对滞后环面积的影响 在599℃（对应的理论固相分数为 f s＝0∙3）下 设置不同的保温静置时间实验检测到的半固态 AlSi6Mg2铝合金浆料的 τ－γ · 滞后环如图1所示． 实验中剪切速率 γ · 0＝γ · max＝93∙2s －1静置时间 tr 分别为5s 和53060min其他条件见图1．从图1 可以看出：等温搅拌后静置时间 tr 越长半固态 AlSi6Mg2铝合金浆料的滞后环所包围区域面积越大． 由于 τ－γ · 滞后环所包围区域面积的大小反应了合 金浆料触变性的强弱因此等温搅拌后静置时间越 长合金浆料的触变性越强． 图1 静置时间对半固态 AlSi6Mg2铝合金浆料滞后环面积的影 响 Fig．1 Effect of resting time on the area of hysteresis loops for sem-i solid AlSi6Mg2aluminum alloy slurry 对于半固态金属浆料来讲理想的组织特征应 该为圆整的固相颗粒均匀地悬浮于液相中形成一 个均匀的悬浮体系．但是当合金浆料静置时依照 体系能量最小原则组织总是会自发地进行自我调 整．通过组织观察发现对于半固态金属浆料悬浮 体系该自发过程表现为固相颗粒之间的某种程度 的团聚这种现象称为固相颗粒的团聚过程［10］．团 聚后的固相在尺寸上增大形态上也变得更加不规 则增加了流体流动的阻力所以半固态金属浆料在 静置后重新搅拌时作用在浆料上的剪切应力会突然 增加．随着剪切的重新进行原来团聚的颗粒由于 相互之间还没有来得及合并或者结合处还比较脆 弱又会在剪切力的作用下相互分离而重新形成均 匀的悬浮体系因此其剪切应力又会随剪切的作用 而逐渐降低．此过程称为固相颗粒的解聚过程即 剪切变稀过程．静置时间越长固相颗粒之间的团 聚越充分；因此重新开始搅拌时作用在搅拌内桶上 的剪切应力就越大而施加搅拌后使颗粒之间的聚 集团解聚的时间也相应变长表现为半固态合金浆 料的 τ－γ · 滞后环面积越大． 2∙2 剪切速率到达最大值所用时间对滞后环面积 的影响 在595℃（对应的理论固相分数为 f s＝0∙35） 下将剪切速率到达最大值 γ · max所用时间 tu 设定不 同值实验检测到的半固态 AlSi6Mg2铝合金浆料 的τ－γ · 滞后环如图2所示．实验中剪切速率 γ · 0＝ 图2 剪切速率到达最大值所用时间对半固态 AlSi6Mg2铝合金 浆料滞后环面积的影响 Fig．2 Effect of the time for the shear rate to reach the maximum value on the area of hysteresis loops for sem-i solid AlSi6Mg2aluminum alloy slurry γ · max＝93∙2s －1剪切速率到达最大值 γ · max所用时间 tu 分别为2510s其他条件见图2．从图2可以看 出：剪切速率到达最大值 γ · max所用时间 tu 对半固态 AlSi6Mg2铝合金浆料的滞后环面积影响也很大． 第3期 汤国兴等： 半固态 AlSi6Mg2铝合金循环剪切变形下的触变行为 ·307·
,308 北京科技大学学报 第29卷 在静置时间tr相同的条件下，tu的值越小，t一Y滞 固相分数分别为0.3和0.35，其他条件见图3.从 后环所包围区域的面积越大，也就是合金浆料的触 图3可以看出：半固态AlSi6Mg2铝合金T一Y滞后 变性越显著 环面积的大小受固相分数∫，的影响也很大，f,越 从静置时间t,对一Y滞后环面积影响的分析 大，滞后环所包围区域面积越大，也就是合金浆料的 可知，半固态合金浆料在等温搅拌达到稳态后静置 触变性越大，其原因不难理解，半固态合金浆料在 一段时间，其非枝晶组织的固相颗粒会自发进行自 等温搅拌达到稳态后静置一段时间，其非枝晶组织 我调整，固相颗粒之间发生团聚，形成固相聚合团， 的固相颗粒会发生团聚，形成固相聚合团，而且，合 如果把静置时间算作固相颗粒的聚合时间，把 金浆料的固相分数越大，所形成的固相聚合团的数 再次搅拌并达到稳态表观粘度的时间看作固相颗粒 目也就越多，在合金重新搅拌时对浆料形成的阻力 的解聚时间，可以很清楚地发现，解聚过程比聚合过 就会越大，因此，作用在搅拌内桶上的剪切应力也 程要快得多.这是由两个过程的物理本质决定的， 就越大，表现为半固态合金浆料的一Y滞后环面积 半固态浆料在静置状态下固相颗粒之间的团聚是通 越大 过微观的热运动来完成的，而解聚过程则是在外力 比较图3(a)和(b)还可发现，在其他条件相同 作用下的流场中完成，聚合团解聚的直接条件是强 的情况下，最大剪切速率Ymx越大，半固态合金浆 制对流以及聚合团之间的物理碰撞，因而解聚速度 料一Y滞后环所包围区域面积越大，即合金浆料的 要远远高于团聚速度.对静置后的半固态浆料重新 施加搅拌时，如果剪切速率达到最大值所用时间t。 触变性越大、当剪切速率到达最大值Ym所用时间 较大，由于聚合团解聚的速度很快，那么在剪切速率 tu一样，最大剪切速率Ymar越大，意味着剪切的角 到达最大值Ym之前，解聚实际上已经充分进行， 加速度越大，而且合金浆料的固相分数又相同，那么 当剪切速率到达最大值时剪切应力不会很大，因 在剪切力作用的初始阶段，当聚合在一起的颗粒还 未来得及相互分离而重新形成均匀的悬浮体系时， 此，剪切速率达到最大值所用时间越小，一Y滞后环 作用在搅拌内桶上的剪切应力必然越大.而且，最 区域所包围面积越大，也就是说，当t越小时，半 固态浆料的触变性越强， 大剪切速率Yma越大，t一Y滞后环中等剪切速率剪 2.3固相分数对滞后环面积的影响 切过程产生的曲线也越向水平轴的右边移动，因 在实验中剪切速率Yo=Ymar,分别为93.2和 此，合金浆料τ一Y滞后环所包围区域面积必然越 187.4s1,检测到的半固态ASi6Mg2铝合金浆料 大，也就是说，合金浆料的触变性越强 的一Y滞后环如图3所示，实验中所用合金浆料的 1800m (a) (b) 1400 (,=30 min,t=2 s,t-4 min t=30 min,f=2 s,t=4 min -■-f0.3 1400 -■-人=0.3 -0--0.35 -0-=0.35 1000 1000 600 600 200 200 -200 -200 20 406080 100 50100150 200 剪切速率/s 剪切速率/s 图3固相分数对半固态ASi6Mg2铝合金浆料滞后环面积的影响.(a)a=￥m=3.2s1;(b)o=7m=187.4s1 Fig.3 Effect of solid fraction on the area of thixotropy hysteresis loops for semi-solid AlSi6Mg2 aluminum alloy slurry:(a)93.2 sl;(b)7o=7mx=187.4s-1
在静置时间 tr 相同的条件下tu 的值越小τ－γ · 滞 后环所包围区域的面积越大也就是合金浆料的触 变性越显著． 从静置时间 tr 对 τ－γ · 滞后环面积影响的分析 可知半固态合金浆料在等温搅拌达到稳态后静置 一段时间其非枝晶组织的固相颗粒会自发进行自 我调整固相颗粒之间发生团聚形成固相聚合团． 如果把静置时间算作固相颗粒的聚合时间把 再次搅拌并达到稳态表观粘度的时间看作固相颗粒 的解聚时间可以很清楚地发现解聚过程比聚合过 程要快得多．这是由两个过程的物理本质决定的． 半固态浆料在静置状态下固相颗粒之间的团聚是通 过微观的热运动来完成的而解聚过程则是在外力 作用下的流场中完成聚合团解聚的直接条件是强 制对流以及聚合团之间的物理碰撞因而解聚速度 要远远高于团聚速度．对静置后的半固态浆料重新 施加搅拌时如果剪切速率达到最大值所用时间 tu 较大由于聚合团解聚的速度很快那么在剪切速率 到达最大值 γ · max之前解聚实际上已经充分进行 当剪切速率到达最大值时剪切应力不会很大．因 此剪切速率达到最大值所用时间越小τ－γ · 滞后环 区域所包围面积越大．也就是说当 tu 越小时半 固态浆料的触变性越强． 2∙3 固相分数对滞后环面积的影响 在实验中剪切速率 γ · 0＝γ · max分别为93∙2和 187∙4s －1检测到的半固态 AlSi6Mg2铝合金浆料 的 τ－γ · 滞后环如图3所示．实验中所用合金浆料的 固相分数分别为0∙3和0∙35其他条件见图3．从 图3可以看出：半固态 AlSi6Mg2铝合金 τ－γ · 滞后 环面积的大小受固相分数 f s 的影响也很大．f s 越 大滞后环所包围区域面积越大也就是合金浆料的 触变性越大．其原因不难理解半固态合金浆料在 等温搅拌达到稳态后静置一段时间其非枝晶组织 的固相颗粒会发生团聚形成固相聚合团．而且合 金浆料的固相分数越大所形成的固相聚合团的数 目也就越多在合金重新搅拌时对浆料形成的阻力 就会越大．因此作用在搅拌内桶上的剪切应力也 就越大表现为半固态合金浆料的 τ－γ · 滞后环面积 越大． 比较图3（a）和（b）还可发现在其他条件相同 的情况下最大剪切速率 γ · max 越大半固态合金浆 料τ－γ · 滞后环所包围区域面积越大即合金浆料的 触变性越大．当剪切速率到达最大值 γ · max所用时间 tu 一样最大剪切速率 γ · max越大意味着剪切的角 加速度越大而且合金浆料的固相分数又相同那么 在剪切力作用的初始阶段当聚合在一起的颗粒还 未来得及相互分离而重新形成均匀的悬浮体系时 作用在搅拌内桶上的剪切应力必然越大．而且最 大剪切速率 γ · max越大τ－γ · 滞后环中等剪切速率剪 切过程产生的曲线也越向水平轴的右边移动．因 此合金浆料 τ－γ · 滞后环所包围区域面积必然越 大．也就是说合金浆料的触变性越强． 图3 固相分数对半固态 AlSi6Mg2铝合金浆料滞后环面积的影响．（a） γ · 0＝γ · max＝93∙2s －1；（b） γ · 0＝γ · max＝187∙4s －1 Fig．3 Effect of solid fraction on the area of thixotropy hysteresis loops for sem-i solid AlSi6Mg2aluminum alloy slurry： （a） γ · 0＝γ · max＝93∙2 s －1；（b） γ · 0＝γ · max＝187∙4s －1 ·308· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第3期 汤国兴等：半固态ASi6Mg2铝合金循环剪切变形下的触变行为 .309. Composites.National Institute of Advanced Industrial Science and 3结论 Technology Japan Society for Technology of Plasticity.2002:51 [5]Liu Y Q.FanZ,Patel J.Thermodynamic approach to aluminium (I)等温搅拌后静置时间t,越长，半固态A- alloy design for semisolid metal processing//Tsutsui Y.Kiuchi Si6Mg2铝合金浆料的t一Y滞后环所包围区域面积 M.Ichikawa K.Proe the 7th Int Conf on Semisolid Processing 越大，合金浆料的触变性越强， of Alloys and Composites.National Institute of Advanced Indus- (2)剪切速率到达最大值Yms所用时间tm影 trial Science and Technology.Japan Society for Technology of Plasticity,2002:599 响半固态AISi6Mg2铝合金浆料的t一Y滞后环面 [6]Camacho A M.Kapranos P.Atkinson H V.Thermodynamic 积，在静置时间tr相同的条件下，t的值越小，合 predictions of wrought alloy compositions amenable to semi-solid processing//Tsutsui Y.Kiuchi M.Ichikawa K.Proc the 7th Int 金浆料的一Y滞后环所包围区域面积越大，即合金 Conf on Semi-solid Processing of Alloys and Composites.National 浆料的触变性越强 Institute of Advanced Industrial Science and Technology Japan (3)半固态AlSi6Mg2铝合金浆料t一Y滞后环 Society for Technology of Plasticity.2002:467 [7]Li Y J.Mao W M.Zhen Z S,et al.Microstructure characteris- 面积的大小受固相分数∫，的影响·固相分数∫，越 tics and apparent viscosity of hypereutectic Al-24%Si alloy melt 大，合金浆料的τ一Y滞后环所包围区域面积越大， during semi-solid state stirring.J Univ Sci Technol Beijing 也就是合金浆料的触变性越强 2001,8(2):126 [8]Spencer D B.Mehrabian R.Flemings M C.Rheological behavior (4)最大剪切速率Ymm越大，半固态AlSi6Mg2 of Sn-15Pet Pb in the crystallization range.Metall Trans.1972. 铝合金浆料的一Y滞后环所包围区域面积越大，合 3(7):1925 金浆料的触变性越强， [9]Joly P A.Mehrabian R.The rheology of a partially solid ally.J Mater Sci,.1976,11(8):1393 参考文献 [10]毛卫民，闫时建，甄子胜，等.半固态AZ91D镁合金的触变 性.金属学报，2005,41(2)：191 [1]Flemings M C.Behavior of metal alloys in the semi-solid state. [11]唐靖林，殷雅俊，范钦珊，等，液固温区A356合金瞬态流变 Metall Trans.1991,22A(5):957 行为的研究.机械工程学报，2002,38(5)：114 [2]Kirkwood D H.Semisolid metal processing.Int Mater Rev. [12]杨卯生，赵爱民，毛卫民，等.60Si2Mn半固态非枝晶组织特 1994,39(5):173 征与触变性能.北京科技大学学报，2002,24(5)：514 [3]Fan Z.Semisolid metal processing.Int Mater Rev,2002,47 [13]周志华，毛卫民，刘政，等.半固态ASMg2铝合金的稳态 (2):49 流变性能.金属学报，2005,41(7)：759 [4]Atkinson H V.Liu D.Development of high performance alumini- [14]Flemings M C.Solidification Processing.New York:MeGraw- um alloys for thixoforming//Tsutsui Y.Kiuchi M.Ichikawa K. Hill Book Company,1974:34 Proc the 7th Int Conf on Semi-solid Processing of Alloys and Thixotropic behavior of a semi-solid AlSi6Mg2 aluminum alloy under cyclic shear deformation TANG Guoxing),MAO Weimin,ZHOU Zhihua) 1)Materials Science and Engineering School.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Jingdezhen Ceramic Institute,Jingdezhen 333001,China ABSTRACI The hysteresis loop technique was applied to investigate the thixot ropic behavior of semi-solid Al- Si6Mg2 aluminum alloy slurries using a Couette type viscometer.The experimental results show that,under cyclic shear deformation,the thixotropy degree of semi-solid AlSi6Mg2 alloy increases with increasing resting time,solid fraction,maximum shear rate,and decreasing time to reach the maximum shear rate. KEY WORDS aluminum alloy:semi-solid;thixotropic behavior;cyclic deformation;shear deformation
3 结论 （1） 等温搅拌后静置时间 tr 越长半固态 A-l Si6Mg2铝合金浆料的 τ－γ · 滞后环所包围区域面积 越大合金浆料的触变性越强． （2） 剪切速率到达最大值 γ · max所用时间 tu 影 响半固态 AlSi6Mg2铝合金浆料的 τ－γ · 滞后环面 积．在静置时间 tr 相同的条件下tu 的值越小合 金浆料的 τ－γ · 滞后环所包围区域面积越大即合金 浆料的触变性越强． （3） 半固态 AlSi6Mg2铝合金浆料 τ－γ · 滞后环 面积的大小受固相分数 f s 的影响．固相分数 f s 越 大合金浆料的 τ－γ · 滞后环所包围区域面积越大 也就是合金浆料的触变性越强． （4） 最大剪切速率 γ · max越大半固态 AlSi6Mg2 铝合金浆料的 τ－γ · 滞后环所包围区域面积越大合 金浆料的触变性越强． 参 考 文 献 ［1］ Flemings M C．Behavior of metal alloys in the sem-i solid state． Metall Trans199122A（5）：957 ［2］ Kirkwood D H．Semisolid metal processing．Int Mater Rev 199439（5）：173 ［3］ Fan Z．Semisolid metal processing．Int Mater Rev200247 （2）：49 ［4］ Atkinson H VLiu D．Development of high performance aluminium alloys for thixoforming∥Tsutsui YKiuchi MIchikawa K． Proc the 7th Int Conf on Sem-i solid Processing of Alloys and Composites．National Institute of Advanced Industrial Science and TechnologyJapan Society for Technology of Plasticity2002：51 ［5］ Liu Y QFan ZPatel J．Thermodynamic approach to aluminium alloy design for semisolid metal processing∥ Tsutsui YKiuchi MIchikawa K．Proc the7th Int Conf on Sem-i solid Processing of Alloys and Composites．National Institute of Advanced Industrial Science and TechnologyJapan Society for Technology of Plasticity2002：599 ［6］ Camacho A MKapranos PAtkinson H V．Thermodynamic predictions of wrought alloy compositions amenable to sem-i solid processing∥Tsutsui YKiuchi MIchikawa K．Proc the7th Int Conf on Sem-i solid Processing of Alloys and Composites．National Institute of Advanced Industrial Science and TechnologyJapan Society for Technology of Plasticity2002：467 ［7］ Li Y JMao W MZhen Z Set al．Microstructure characteristics and apparent viscosity of hypereutectic Al－24％Si alloy melt during sem-i solid state stirring．J Univ Sci Technol Beijing 20018（2）：126 ［8］ Spencer D BMehrabian RFlemings M C．Rheological behavior of Sn－15Pct Pb in the crystallization range．Metall Trans1972 3（7）：1925 ［9］ Joly P AMehrabian R．The rheology of a partially solid ally．J Mater Sci197611（8）：1393 ［10］ 毛卫民闫时建甄子胜等．半固态 AZ91D 镁合金的触变 性．金属学报200541（2）：191 ［11］ 唐靖林殷雅俊范钦珊等．液固温区 A356合金瞬态流变 行为的研究．机械工程学报200238（5）：114 ［12］ 杨卯生赵爱民毛卫民等．60Si2Mn 半固态非枝晶组织特 征与触变性能．北京科技大学学报200224（5）：514 ［13］ 周志华毛卫民刘政等．半固态 AlSi6Mg2铝合金的稳态 流变性能．金属学报200541（7）：759 ［14］ Flemings M C．Solidification Processing．New York：McGrawHill Book Company1974：34 Thixotropic behavior of a sem-i solid AlSi6Mg2aluminum alloy under cyclic shear deformation TA NG Guoxing 12）MAO Weimin 1）ZHOU Zhihua 1） 1） Materials Science and Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Jingdezhen Ceramic InstituteJingdezhen333001China ABSTRACT The hysteresis loop technique was applied to investigate the thixotropic behavior of sem-i solid AlSi6Mg2aluminum alloy slurries using a Couette type viscometer．The experimental results show thatunder cyclic shear deformationthe thixotropy degree of sem-i solid AlSi6Mg2alloy increases with increasing resting timesolid fractionmaximum shear rateand decreasing time to reach the maximum shear rate． KEY WORDS aluminum alloy；sem-i solid；thixotropic behavior；cyclic deformation；shear deformation 第3期 汤国兴等： 半固态 AlSi6Mg2铝合金循环剪切变形下的触变行为 ·309·