本文作者在有关文献中介绍了引晶法制备半固态 A356铝合金浆料技术并对初生α（Al）形成机制及形貌 控制进行了初探。作者仍将以A356铝合金为试验材 料，将制备的半固态A356铝合金浆料直接流变压铸， 对铸件的力学性能和微观组织进行研究，试图探索用 引晶法制备半固态金属浆料直接进行流变压铸的可行 性。

1 试验方法

试验材料为商用A356铝合金，其液相线温度为 615℃，固相线温度为557℃。引晶法制备半固态A356铝合金浆料的工艺流程参阅文献[1-2]。将合金在坩埚 电阻炉内加热到700 ℃并进行精炼，取出将其冷却到 635 ℃后将引晶分散均匀地加入其中，再等到冷却到 液相线温度附近后倾倒至收集坩埚中（预热温度为 300~350 ℃），最后将半固态浆料直接倾倒到压铸机压 室，进行流变压铸。每次制备的半固态浆料约为 3 kg，浆料制备及流变压铸工艺示意图如图1所示，压 铸机型号为力劲DCC280。采用Ni-Cr/Ni-Si型热电偶测 量液态合金和浆料的温度，温度显示器的误差为±1℃。

流变压铸时增压压力为80 MPa。压铸件如图2所 示，将同一个压铸件本体试样制作两件，试样尺寸如图3所示，试样照片如图4所示。一件试样直接拉伸测 试，另一件经过T6热处理后拉伸测试，T6热处理的技 术参数为538℃固溶5 h+175 ℃时效5 h。将拉断后试样 制成金相试样，经过粗磨、精磨和抛光，然后用体积 分数为0.5% HF水溶液浸蚀，最后用Neuphoto21光学显 微镜对这些试样分别进行观察，初生α（Al）晶粒直径可 以用显微镜直接测量，形状因子利用公式F=4πA/P2来 计算，公式中A和P分别代表晶粒的面积和周长。

2 结果与分析

2.1 拉伸试样的力学性能

当引晶尺寸为5 mm、引晶加入量分别为2.5%、 3%和3.5%，倾倒温度为615 ℃时，倾倒完毕后，倾倒 坩埚中浆料的温度为608 ℃，此时将浆料直接流变压 铸。引晶的加入量对倾倒完毕后浆料的温度几乎没有 影响。图5为流变压铸件本体试样的应力-应变曲线。 由此看到，当引晶加入量为2.5%时，试样铸态抗拉强 度为252 MPa，伸长率为9%，经过T6热处理后，抗拉 强度为328 MPa，伸长率为7.5%；当引晶加入量为3% 时，试样铸态抗拉强度为260 MPa，伸长率为12%，经 过T6热处理后，抗拉强度为335 MPa，伸长率为8.5%； 当引晶加入量为3.5%时，试样铸态抗拉强度为265 MPa，伸长率为13%，经过T6热处理后，抗拉强度为345 MPa，伸长率为9.5%。引晶加入量适当增加，试样 力学性能略有提高。经过T6热处理后，试样的抗拉强 度提高了约30%左右，但伸长率有所降低。

2.2 拉伸试样的断口形貌

拉伸试样的断面无夹杂、缩松和气孔等铸造缺陷， 组织非常致密。试样的断口形貌如图6所示，断裂方式为韧性断裂。图6a为铸态断口形貌，可以明显看到韧 窝和二次凝固时形成的球状初生α2 （ Al）晶粒。经过T6 热处理后，这些细小的球状初生α2 （ Al）晶粒消失，断 面呈现更多的撕裂韧窝，如图6b所示。

2.3 拉伸试样的微观组织

试样的微观组织如图7所示。图7a、c、e为铸态微观组织，初生晶粒由球状α1 （ Al）和α2 （ Al）组成。α1 （ Al）为 一次凝固组织，即制备浆料时形成的初生组织，晶粒 直径为20~40 μm，形状因子为0.76~0.85。α2 （ Al）为二 次凝固组织，即流变压铸时剩余液相凝固后形成的初 生组织，晶粒直径为3~10 μm，形状因子为0.8~0.86。 图7e中的α1 （ Al）比图7a和图7c中的α1 （ Al）数量多，而且 形貌也比较圆整，因此力学性能较高。从试验结果看到，引晶的加入量适当提高，初生α1 （ Al）的数量也将增加， 形貌也更加圆整，力学性能也有所改善。

试样经过T6热处理后的微观组织如图7b、d、f所 示。初生α2 （ Al）晶粒全部消失，它们或相互合并长大， 或被初生α1 （ Al）吸收。固溶强化相Mg2Si析出并弥散分 布于初生α1 （ Al）晶粒上，这是T6热处理后试样强度提 高、伸长率降低的根本原因。

3 讨论

流变压铸时初生α2 （ Al）晶粒具有数量众多、直径细 小和形貌圆整的特征，这主要因为：

（1） 在高压下，由于合金的热力学状态发生了变 化[3-6]。A356铝合金凝固时临界晶核半径为：

rc= 2σlsT0/(LmΔT+KεT0p)（1）

式中：rc为临界晶核半径，mm；ΔT为压力作用下合金 实际过冷度，K；Lm为压力下半固态合金的凝固潜热， kJ/mol；ε为收缩率，%；T0为常温下凝固温度，K；p 为压射比压，MPa；σls为固液界面张力，MPa；K为常数。在常压下，临界晶核半径为：

r*= 2σlsT0/LmΔT （2）

式中：r*为临界晶核半径，mm。由此得出，rc＜r*，所 以半固态浆料中的剩余液相有更多的原子团成核。

（2） 铸型为剩余液相的凝固提供了极高的冷却速 率，这个冷却速率可以达到103，因而初生α2 （ Al）晶核的 长大很快受到抑制，所以初生α2 （ Al）晶粒的尺寸比初生 α1 （ Al）晶粒的尺寸小得多。

（3） 经过倾倒后浆料温度基本达到均匀，这对初 生α1 （ Al）晶核形成后保持其初生晶粒的形貌，抑制其向 枝晶方向的演变起一定的作用。

4 结论

（1） 引晶法制备的半固态A356铝合金浆料可以进 行直接流变压铸，铸件铸态本体抗拉强度可达到 250 MPa左右，伸长率为9%~13%；经过T6热处理后， 抗拉强度可提高约30%，但伸长率略有下降。

（2） 引晶法可制备出初生α1 （Al）的形状因子为 0.76~0.85和晶粒尺寸为20~40 μm的优质半固态A356铝合金浆料，引晶加入量适当提高，微观组织可以得到 改善，力学性能也有所提高。