半固态流变加工技术流程短，废料及时回收，具有优质、高效和低成本的特点,，近年来在国内外受到关注，在理论和模拟方面已经取得了很多成果。但在成形设备及工艺参数方面的研究还不够深入，有必要进行更深入的研究。本课题采用自主研制的剪切低温浇注式 (Low Superheat Pouring with Shear Field, 即LSPSF) 半固态制浆工艺和立式流变挤压铸造成型机进行流变挤压铸造，研究了压射比压对流变挤压铸造成形7075合金组织及性能的影响，旨在为流变挤压铸造的应用提供借鉴。

图文结果

试验材料为7075铝合金，其固液相温度区间为477~635℃。试验时采用铝锭、纯Mg、纯Zn、Al-10Cu、Al-20Mn、Al-10Cr及Al-5Ti-B等中间合金为原材料，采用电阻炉进行熔炼、精炼、变质、除气、扒渣。成形浆料测定其主要成分 (质量分数) 为:5.8%的Zn，2.6%的Mg，1.84%的Cu，0.124%的Fe, 0.11%的Ti，0.202%的Cr及其他微量元素，余量为Al。

采用剪切低温浇注法 (LSPSF) 制备半固态合金浆料，制浆设备为自主设计的LSPSF制浆装置，采用PLC可编程序精确控制各工艺参数。挤压铸造设备采用自制的3000kN立式流变挤压铸造机，具有立式合模锁模、底部横向移动给料、底部压射铸造和合模油缸二次内腔挤压 (锻造) 成形的结构系统。流变挤压铸造原理见图1。

图1 流变挤压铸造示意图
1.LSPSF制浆装置2.上模3.铸件4.下模5.压射锤头6.压射料筒

图2 流变挤压铸件

图3 金相试样取样位置

图4为不同压射比压下A处的金相组织，利用定量分析软件对金相图初生固相的晶粒大小进行测量，结果见表1。可以看出，随着压射比压增加，初生固相增多，晶粒细化。7075合金在结晶时体积收缩，对挤压铸造而言，在压力下凝固，会增加合金的过冷度，使得铸件的凝固速度大幅提高，有利于晶粒的细化。对不同压射比压下流变挤压铸件具有液相偏析倾向的位置 (见图3位置B) 金相组织进行分析，见图5。利用定量分析软件对固相率进行计算，结果见表2, 可见随着压射比压的增加，固相率变小，说明比压越大，液相偏析的倾向越大。

图4 7075合金流变挤压铸件不同压射比压下的微观形貌(位置A)

表1 不同压射比压下铸件的平均晶粒大小

图5 7075铝合金流变挤压铸件不同比压下的微观形貌 (位置B)

表2 不同比压下铸件的固相率

图6 7075铝合金流变挤压铸件力学性能随压射比压的变化关系

结论

（1）流变挤压铸造7075铝合金随着压射比压从50MPa增大到110MPa，晶粒平均直径从39.3μm下降到31.6μm。

（2）流变挤压铸件在横断面厚度不均匀处朝自由表面方向容易产生液相偏析，压力梯度越大，球晶数量越多，液相偏析倾向越大。

（3）随着压射比压增大，抗拉强度增加，但塑性先增大后减小，在压射比压为80MPa时能生产出综合性能优良的流变挤压7075铝合金铸件。

本文作者：

张树国
南昌航空大学工程训练中心

张树国 杨湘杰
江西省高性能精确成型重点实验室

简正豪
南昌工学院

王杰 崔俊华
南昌航空大学航空制造工程学院