刘政
, 徐丽娜
LIU Zheng, XU Lina
中图分类号: TG292, TP391.9, O186
文献标识码: A
文章编号: 0412-1961(2016)06-0698-09
通讯作者:
收稿日期: 2015-09-23
网络出版日期: 2016-06-15
版权声明: 2016 《金属学报》编辑部 《金属学报》编辑部
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作者简介:
作者简介: 刘政, 男, 1958年生, 教授, 博士
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摘要
利用稀土La对液态A356铝合金进行了细化处理, 并在电磁搅拌技术下制备了半固态A356-La铝合金浆料, 研究了稀土La和电磁搅拌对半固态A356铝合金初生相形貌的影响, 并用分形维数对其初生相形貌进行了表征. 结果表明, 添加适量的稀土La可有效改善半固态A356铝合金初生相的形貌, 无论是否经过电磁搅拌, 随着稀土添加量的增加, A356 铝合金的初生相形貌均呈先变好后恶化的演变规律, 当稀土La的添加量为0.4% (质量分数)时, 其初生α相的形貌和尺寸均达到最佳, 其平均等积圆直径为88.85 μm, 平均形状因子为0.78; 当稀土La的添加量相同时, 经过电磁搅拌作用的A356-La 铝合金初生α相的平均等积圆直径均比未经过电磁搅拌的更小, 其形状因子则相反, 均比未经过电磁搅拌的更大, 说明经过电磁搅拌的半固态A356铝合金初生α相比未搅拌过的更细小、圆整, 即经过电磁搅拌的初生α相形貌更佳, 如当La含量为0.4%时, 其平均等积圆直径由88.85 μm 降至84.14 μm, 平均形状因子由0.78升至0.81. 此外, 实际的合金凝固组织具有分形特征, 应用分形几何的原理来描述和分析半固态铝合金中初生相的形貌变化规律甚至初生相形成机理是完全可能的. 且不同工艺参数下所获得的半固态铝合金初生相形貌具有不同的分形维数, 随着半固态初生相由树枝状向颗粒状或球状变化, 其分形维数逐渐变小.
关键词：
Abstract
In order to obtain the fine, round and uniform distribution primary α phase in semisolid A356 alloy, the different amount of La was added into the alloy melt, and the melt was poured at 650 ℃ and slightly electromagnetically stirred under the condition of 30 Hz and 15 s, then, it was isothermally held at 590 ℃ for 10 min. The microstructure of the samples was observed by OM and SEM. The influences of La and electromagnetic stirring on morphology of primary α phase in semisolid A356 alloy were studied, and the symbolization of the characteristics of morphology of primary α phase by the fractal dimension was discussed in this work. The results showed that the morphology of primary α phase in semisolid A356 alloy was effectively improved by the suitable addition of La, no matter whether the semisolid slurry of A356-La alloy was prepared by electromagnetic stirring or not, the morphology of primary α phase showed better at first and then worse as the amounts of La increases, and the morphology and grain size of primary α phase reach the optimal state when the content of La was 0.4% (mass fraction). At the same time, the average equal-area circle diameter of the morphology of primary phase in semisolid A356-La alloy by electromagnetic stirring was finer than that without stirring, on the other hand, the shape factor was bigger than that without stirring. It implies that the primary α phase in semisolid A356-La alloy by electromagnetic stirring was smaller and more rounded than that without stirring, that is, the morphology of primary α phase in semisolid A356-La alloy by electromagnetic stirring was better than that without stirring. In addition, the real microstructure has fractal characteristics, and it was feasible to describe and analyze the change regularity and even the formation mechanism of the morphology of primary α phase in semisolid aluminum alloy by the principle of fractal geometry. The morphology of primary α phase in semisolid A356 alloy by the different process parameters had different fractal dimension. The fractal dimension of the semisolid primary α phase gradually became smaller with its morphology changed from dendritic-like to particle-like or globular-like.
Keywords：
目前, 人们已认识到半固态合金的初生相形貌对半固态加工成形性能及材料力学性能有一定的影响. 因此, 为制备具有细小、圆整、近球状且分布均匀的初生相的半固态合金浆料, 国内外的研究学者对此进行了大量的研究[1~5], 并提出了多种理论及研究方法. 其中, 电磁搅拌法[6,7]以其非接触式的搅拌方式、细化效果明显且便于操作的特点, 成为目前最为成功且成熟的制备半固态铝合金浆料的坯料制备方法. 同时, 在铝合金中添加适量的稀土可以净化合金熔体、合金化及细化晶粒, 起到改善材料的显微组织和提高材料性能的作用[8,9]. 研究[10~14]表明, 稀土在合金中的作用不仅与稀土的种类有关, 还与其添加量有关, 稀土添加量不同, 其作用也不同. 已有研究[15,16]表明, 当稀土的添加适量(最佳添加量)时, α-Al晶粒的尺寸达到最小, 且圆整度很高, 此外, 共晶凝固过程的放热最少, 共晶点温度最低, 初晶凝固温度也最低; 当稀土添加过量时, α-Al晶粒又逐渐变大, 过量稀土会明显提高初始α-Al的形核温度, 导致合金固液相线间温度间距增大, 可延缓A356铝合金的凝固过程. 过去主要研究稀土对A1-Si合金中Si相的变质作用, 很少提出稀土对初生相的细化作用. 但是, 已有研究表明: 稀土不仅可降低合金的共晶形核和生长温度[17], 还可降低初生树枝晶的球化速度和球形晶粒的长大速度, 大大延长球形晶粒球化的时间[18]; 此外, 稀土还可扩大亚共晶Al-Si合金的固液相区[19]、显著增加α-Al枝晶析出数量, 并促使Al-Si合金一次枝臂间距、二次枝臂间距减小, 组织变得细密[20]. 文献[21]还指出, 稀土Y, Sm和Gd可拓宽合金的结晶温度区间, 延长合金在两相区的停留时间, 相应减慢晶体长大速度; 稀土通过改变生长过程中α-Al与液相间的界面条件, 促进α-Al的球化生长[22]. 在检验半固态合金浆料质量的过程中, 常用来表征半固态合金的初生相形貌的参数有形状因子、尺寸大小、圆形度、分形维数等. 其中, 分形维数是从分形角度研究半固态铝合金初生相形貌特征. 尽管分形理论应用到半固态加工中的时间比较短, 但经过近十多年的发展, 取得了一定的进展. 研究[23~26]表明, 实际上合金凝固组织具有分形特征, 应用分形几何的原理来描述和分析半固态铝合金中初生相的形貌变化规律甚至初生相形成机理是完全可能的.
因此, 为研究稀土和电磁场对半固态铝合金初生相形貌的影响, 本工作以半固态A356铝合金为对象, 添加不同含量的 La, 在电磁场作用下制备半固态合金浆料, 应用基于Matlab语言编制的软件以及图像的计盒分形维数计算方法, 研究半固态 A356-La铝合金初生相形貌的分形特征及其形貌演化的规律.
选用半固态加工中应用广泛的亚共晶Al-Si合金A356为实验材料, 用Magix PW2424 X荧光光谱仪分析成分, 其合金的实际化学成分(质量分数, %)为: Si 7.14, Mg 0.33, Fe 0.135, 其它(如S, Cu, Mn, Zn等) <0.08, Al余量.
在SG2-3-10型坩埚电阻炉中熔炼A356铝合金, 待其熔化后除尽熔渣, 加入覆盖剂(50%NaCl+50%KCl, 质量分数)进行覆盖, 5 min之后扒渣. 缓慢升温至730~750 ℃, 加入C2Cl6精炼剂对其精炼. 待扒完渣后静置1~2 min, 升温至760~780 ℃后, 加入稀土细化剂. 稀土细化剂以Al-10%La中间合金(质量分数)的形式加入, 加入量分别为0.2%, 0.4%, 0.6%和0.8% (质量分数). 静置10 min后将炉温降至650 ℃, 将650 ℃的液态合金浇入预先放置在电磁搅拌装置中的不锈钢铸型中(不锈钢铸型的尺寸为直径55 mm, 壁厚2 mm, 高度100 mm, 且事先预热至350 ℃), 按照预先设定的频率和搅拌时间对合金熔体进行电磁搅拌. 基于本文作者前期的研究结果[14], 设置电磁搅拌频率为30 Hz, 时间为15 s, 该条件下可获得较好的搅拌效果, 保证半固态浆料质量的同时并体现节能降耗. 搅拌之后放入预先设定的590 ℃保温箱中保温10 min, 保温结束后立即取出进行水淬并及时脱模.
对不同工艺参数下获得的试样在同一高度处提取约10 mm厚的圆柱片, 从中取出一扇形块(须经过圆心)作为金相试样, 对其进行研磨、抛光后, 用0.5%HF (体积分数)进行侵蚀. 利用Axioskop2型光学显微镜(OM)和MLA650F型场发射扫描电子显微镜(SEM)观察其微观组织. 利用Axios max型X射线衍射仪(XRD)分析试样物相组成. 采用Photoshop, Image pro-plus等软件计算平均等积圆直径D和平均形状因子F, 计算公式为: , (其中, A表示晶粒面积, P表示晶粒周长). 当F=1时, 晶粒为完整的球形, F越趋近1, 颗粒的形状就越圆整. 分形维数采用计盒维数算法, 计盒维数有一系列的等价定义, 但常用近似计算分形维数DB为: , 其中Fn是的一个非空有界集合; δk为立方体网格边长, 通常k取1, 2, 4, 8,, 2i; Nδ (Fn)为与Fn相交的个数.
为探讨稀土和电磁搅拌对A356合金初生α相的影响, 将未添加稀土并经电磁搅拌处理前后的合金在590 ℃保温箱中保温10 min后水淬, 得到的显微组织的OM像如图1所示. 由图1可知, 未加稀土的A356合金组织中初生α相晶粒都比较粗大, 还保留有较发达的树枝晶, 且枝晶臂粗大. 此外, 对比图1a和b可知, 电磁搅拌对细化初生α相有一定的作用, 与未经电磁搅拌的相比, 经过电磁搅拌的A356合金初生α相的形貌有一定的改善, 其树枝晶枝晶发生了破碎, 晶粒得到细化.
图1 未添加稀土的A356合金初生α相形貌的OM像
Fig.1 OM images of primary α phase in A356 alloy before (a) and after (b) electromagnetic stirring without rare earth addition
图2所示为添加了不同含量稀土但未经电磁搅拌后浇注而成的A356合金试样显微组织的OM像. 从图2a可以看出, 与图1未加稀土的试样相比, 添加了0.2%La的试样, 其金相组织中初生α相的尺寸更细小, 且由长条状的粗大柱状晶变为略有一些长度但较规整的晶粒, 并有部分细小且圆整度较好的初生α相出现. 经测试, 初生α相的D为110.39 μm, F为0.72. 如图2b所示, 当La含量升至0.4% 时, 试样的显微组织较常规浇注发生了显著的改变, 初生α相明显细化, 长条状的晶粒消失, 晶粒变得很圆整, 且分布均匀, 大小趋于一致. 此时, 初生α相的D减小至 88.85 μm, F亦达到了0.78. 如图2c所示, 当稀土添加量为0.6%La时, 初生α相的形貌比图2b中的差, F为0.64, 虽有部分初生α相仍能保持基本圆整的形态, 但有大量的蔷薇状晶粒出现, 且尺寸相对粗大, D上升至116.83 μm. 如图2d所示, 若继续添加La至0.8%时, 初生α相尺寸比图2c中又有所增大, 且其形状更不规则, 经测量其D为124.04 μm, F为0.62.
图2 添加不同含量稀土的A356合金初生α相形貌的OM像
Fig.2 OM images of primary α phase in A356 alloy with 0.2%La (a), 0.4%La (b), 0.6%La (c) and 0.8%La (d) additions
图3所示为添加了不同含量稀土并经电磁搅拌后浇注而成的A356合金试样显微组织的OM像. 由图 3a可以看出, 在电磁搅拌作用下, 与图2a中未经搅拌的相比, 添加了0.2%La的试样的金相组织中初生α相的形貌有了较大的改善, 其初生α相的D降为106.14 μm, F升为0.74, 且大部分为细小且圆整度较好的初生α相, 少部分为长条状的晶粒. 当La添加量为0.4%时, 与图2b相比, 经过电磁搅拌作用的试样的显微组织形貌有了更进一步的改善, 初生α相不仅细小、圆整、且分布更均匀, 此时, D由88.85 μm 降至84.14 μm, F由0.78升至0.81, 如图3b所示. 当稀土添加量升至0.6%La时, 初生α相的形貌比图3b中的差, 但与稀土添加量相同但未经电磁搅拌的图2c相比, 其粗大晶粒变得更细小, 蔷薇状的晶粒数目也较少, 其D降为109.38 μm, F升为0.65, 如图3c所示. La添加量为0.8%时, 如图3d所示, 经过电磁搅拌作用的初生α相的形貌也比未经过电磁搅拌的图2d得到改善, 其D由124.04 μm 降至116.94 μm, F由0.62升为0.64.
上述结果说明, 电磁搅拌可明显改善A356合金初生α相的组织形貌. 这是因为半固态的合金在交流电磁感应力的作用下发生剧烈的流动, 使不断凝固析出的枝晶被破碎并球化, 从而形成颗粒状固相均匀分布在液相中[27]. 此外, 电磁搅拌还从其它方面改善合金的冶金质量: 降低合金内部气泡及夹杂物的含量, 提高合金的纯净度; 降低金属熔体的过热度, 均匀液相温度场.
图3 添加不同含量稀土并经电磁搅拌处理的A356合金初生α相形貌的OM像
Fig.3 OM images of primary α phase in A356 alloy under electromagnetic stirring with 0.2%La (a), 0.4%La (b), 0.6%La (c) and 0.8%La (d) additions
图4所示为A356-La合金在有无电磁搅拌作用下的初生α相的D和F. 可以看出, 不管有无电磁搅拌作用, 随着La的添加, A356合金的初生α相的D均先减小后增大, 添加0.4%La时其D最小; F则是均先增大后减小, 也是在添加0.4%La时, 其晶粒圆整度最大. 此外, 经过电磁搅拌作用的A356合金初生α相的D均比未经过搅拌的更小, F则更大, 说明电磁搅拌可明显改善A356合金初生α相的组织形貌. 综合图2~4可知, 在所研究的范围内, 当加入0.4%La时, A356-La合金的凝固组织形貌最好, 晶粒也最为细小、分布均匀, 测得其D为88.85 μm, F为0.78; 且经过电磁搅拌的半固态A356铝合金初生相形貌均比不搅拌的更佳, 如当La含量为0.4%时, D由88.85 μm 降至84.14 μm, F由0.78升至0.81.
图4 A356-La合金在有无电磁搅拌作用下初生α相的平均等积圆直径与形状因子
Fig.4 Average equal-area circle diameter (a) and shape factor (b) of primary α phase in A356-La alloy before and after electromagnetic stirring
由于半固态铝合金初生相的形貌反映到金相上是一种不规则且具自相似性的图像, 无法应用传统的数学理论来描述半固态铝合金初生相形貌, 但其具有分形特征[25], 故可用分形理论来描述半固态 A356 铝合金初生相形貌, 并用分形维数这一参数去定量化.
图5为未经电磁搅拌处理的A356-0.2%La合金初生相形貌图像处理后的边界二值图和分形维数计算的双对数图. 经计盒分形维数计算方法计算其分形维数DB, 得到DB=1.4246. 图6和7为未经电磁搅拌处理和经过电磁搅拌处理的A356-0.4%La合金初生相形貌图像处理后的边界二值图和分形维数计算的双对数图. 经计算DB分别为1.4074和1.4015.
从图5和6可以看出, 不同La添加量下所得组织的DB不同. 添加了0.2%La所得组织中存在较多的粗大且呈长条状的初生相(图2a), DB较大; 而添加了0.4%的稀土La所得组织中出现较多球状晶或圆形度较好的初生相(图2b), DB较小. 从图6和7则可以看出, 在稀土添加量相同的情况下, 与没有经过电磁搅拌的所得的组织相比, 经过电磁搅拌处理后所得的组织中晶粒更为细小、圆整且分布均匀(图3b), 其DB也较小. 用同样的方法, 分别计算了不同工艺条件下半固态A356合金初生相形貌的DB, 结果如表1所示.
表1 不同工艺条件下半固态A356合金初生相形貌的分形维数
Table 1 Fractal dimensions of morphology of primary phases in semisolid A356 alloy under different conditions
| Mass fraction of La / % | No stirring | Stirring |
|---|---|---|
| 0.2 | 1.4246 | 1.4079 |
| 0.4 | 1.4074 | 1.4015 |
| 0.6 | 1.4184 | 1.4075 |
| 0.8 | 1.4433 | 1.4260 |
图5 未经电磁搅拌处理的A356-0.2%La合金初生相形貌图像处理后的边界二值图和分形维数计算的双对数图
Fig.5 Boundary processed graph (a) and bilogarithmic graph (b) of fractal dimension of primary phase in semisolid A356-0.2%La alloy without electromagnetic stirring (DB—fractal dimension, Nδ (Fn)—number of intersection with Fn, δk—network side length of a cube)
由表1的计算结果可知, 添加了不同含量La但未经电磁搅拌浇注而成的A356合金初生相形貌的DB在1.40~1.45之间, 并随着La含量的增加呈先减小后增大的趋势, 当La的添加量为0.4%时, DB最小, 为1.4074. 由于制备该组半固态浆料的其它工艺相同, 只是La添加量不同, 因此半固态初生相形貌DB的变化是由La含量不同引起的.
La添加量不同, 半固态A356合金初生相形貌的DB也不同. 当La添加量过少或过多时, 半固态A356合金初生相形貌的DB都比较大; 只有在添加适量的La时, 本实验中La的添加量为0.4%时, 其DB才最小. DB的大小在某种程度上反映了曲线或是平面图形的复杂程度, 在金属材料的检测中则是反映了金相组织的复杂程度、规则程度以及晶粒组织的圆整度等; DB越小表明组织的形貌越简单规整, 晶粒的圆整度也越好. 因此, DB的计算表明, La的添加量为0.4%时, 其凝固组织形貌最好, 晶粒也最为圆整、分布有规律; La的添加量少于或多于0.4%时, 其凝固组织形貌则较差, 形状也不大规整, 这也进一步验证了本实验中, La的最佳添加量为0.4%.
由表1还可知, 添加了不同含量La并经电磁搅拌浇注而成的A356合金初生相形貌的DB, 随着稀土含量的增加呈先减小后增大的趋势, 到La的添加量为0.4%时, DB最小, 为1.4015. 此外, 经过电磁搅拌处理的DB均比没有经过搅拌要小, 这表明经过电磁搅拌的A356合金初生相形貌均比不经过电磁搅拌的初生相形貌要好, 其晶粒也更为细小、圆整、分布均匀.
在铝合金凝固的过程中, 由于其导热系数较大, 使得结晶潜热易通过热扩散分布到整个金属熔体中, 对固-液相界面的前沿温度梯度影响不大, 因此决定铝合金中固-液相界面的稳定性及各方向上的推进速度的因素主要为固-液相界面前沿的溶质原子的分布及由此产生的成分过冷[28]. 同时, 根据物理化学反应控制理论及稀土元素的特性[29]可知, 随着液相中稀土含量的增加, α相生长受稀土元素分布的影响将增大, 当稀土含量大到足以控制α相生长时, 则由稀土元素分布所形成的最大成分过冷度也将对固-液界面的稳定起决定作用. 由于液相中稀土含量大于或小于某一临界值时, 初始溶度和最大成分过冷度都要增加, 因此在A356铝合金中稀土存在一个最佳的加入量[30]. 结合本研究的结果亦发现, 随着半固态 A356 铝合金中La添加量的增加, 其初生相晶粒表现出由粗大、条状晶粒转变为细小、近球状晶粒再转变为粗大、不规则状晶粒的演变规律, 当La添加量为0.4%时, 其初生α相晶粒大多为细小、近球状的晶粒, 稀土细化效果较为理想.
为进一步了解稀土La对A356 铝合金初生相形貌演变的影响规律, 对未经过电磁搅拌的A356-0.4%La合金做能谱(EDS)分析, 如图8所示. 经EDS分析, 图8a中颜色较浅的为共晶硅相, 白色针状的为含La化合物. 图9是A356-0.4% La合金的XRD谱, 可确定此种含La化合物为Al11La3.
图6 未经电磁搅拌处理的A356-0.4%La合金初生相形貌图像处理后的边界二值图和分形维数计算的双对数图
Fig.6 Boundary processed graph (a) and bilogarithmic graph (b) of fractal dimension of primary phase in semisolid A356-0.4%La alloy without electromagnetic stirring
图7 经过电磁搅拌处理的A356-0.4%La合金初生相形貌图像处理后的边界二值图和分形维数计算的双对数图
Fig.7 Boundary graph processed (a) and bilogarithmic graph (b) of fractal dimension of primary phase in semisolid A356-0.4%La alloy under electromagnetic stirring
从图8a中可看出, 白色针状的含La化合物主要分布在晶界处, 并以Al-RE化合物的形式存在其中. 因此, 半固态A356-La铝合金在凝固时, La极易在固-液相界面前沿富集, 造成合金中局部成分过冷. 随着凝固过程的进行, La在固-液相界面前沿的偏析加剧, 当La富集到一定程度时, 会因成分过冷的增大而使晶体分枝过程加剧, 枝晶得到细化, 并形成Al11La3等化合物. 此外, 由于Al11La3为正方晶格, 与初生α相没有共格关系[31], 故Al11La3不能直接作为Al-Si合金中初生α相异质形核的核心, 只能分布在晶界处, 阻碍初生α相的长大[32]. 因此, 当La的添加量较少时, La主要固溶在基体α-Al中, 在相界、晶界和枝晶界偏聚, 阻碍晶粒继续长大, 使初生α相晶粒由枝晶状转为非枝晶状; 随着La添加量的增加, La开始与合金中的其它元素形成含稀土元素的新相, 当La富集到一定程度时, 会因成分过冷的增大使枝晶得到更进一步的细化, 从而使初生α相晶粒变得细小又圆整; 但当La添加量超过某一量值时, 本实验中为0.4%, 过量的稀土则会加剧富RE相的聚集, 出现局部偏聚的现象, 就算是电磁搅拌也不能将偏聚物破碎, 最终其组织呈块状形式分布.
图8 A356-0.4% La合金的二次电子像和EDS分析
Fig.8 SE-SEM image (a) and EDS (b) of A356-0.4%La alloy
半固态A356-La铝合金在电磁场的作用下凝固时, 会受到一个电磁感应力, 使正在凝固中的金属浆料发生剧烈的旋转、流动, 导致熔体中原本粗大、形状不规则的初生相α-Al 晶粒不断地被破碎和磨圆, 使其晶粒变得细小、圆整. 同时, 被打碎、熔断的细小α-Al晶粒在电磁搅拌的过程中, 通过熔体对流被均匀地分布于金属熔体中, 作为剩余液相的结晶核心, 增大了金属熔体结晶的形核率. 此外, 电磁搅拌可向处于半固态的熔液中输入额外的能量以提供形核功, 此额外能量在一定程度上弥补了液固两相之间自由能差的不足, 和熔液中的能量起伏共同为形核提供形核功, 提高液态金属中的形核率, 从而达到了晶粒细化的目的.
通过对添加不同含量La获得的半固态A356铝合金初生相形貌的分形分析发现, 在其它制备工艺参数相同的条件下, 随着La添加量的改变, 半固态A356铝合金初生相形貌的分形维数发生明显的变化, 这表明半固态A356-La铝合金的凝固过程是一个维数变化的过程. 分形结构产生的物理机制在于系统的耗散性[33]. 在半固态A356-La铝合金凝固过程中, 初生相晶核一旦形成, 其生长界面前沿具有若干层原子宽度的区域与其周围生长环境构成了一种耗散系统, 并形成耗散结构[34,35].
耗散结构具有自组织特性[36], 即当外界控制参数发生变化时, 系统会自发地调整与外界环境物质、能量的交换方式及速率来改变其生长形态. 对本研究来说, La含量的变化意味着凝固系统的结晶温度区间的变化、共晶温度下降[21], 延长合金在两相区的停留时间, 减慢晶体长大速度; 稀土还可改变铝合金中α相生长过程中α相与液相间的界面条件, 促进α相的球化生长[22], 可明显降低初生树枝晶的球化速度和球形晶粒的长大速度, 大大延长了球形晶粒球化的时间[18]; 最终导致其形貌由树枝状向蔷薇状或球状形貌演化, 分形维数发生变化. 可见, 半固态初生相的生长过程是一个动态的自组织过程, 凝固组织中的每个分形形貌均为系统耗散性的几何表现. 分形维数的变化是材料内部特性变化的表现, 而材料微观组织变化又与制备条件紧密相关. 因此, 通过对微观组织分形维数的研究, 可以从一个新的角度去认识制备条件与微观组织之间的关系.
(1) 电磁搅拌对细化A356铝合金的初生α相有一定的作用, 在无稀土添加的情况下, 与未经电磁搅拌的相比, 经过电磁搅拌的A356合金的树枝状初生α相枝晶发生了破碎, 晶粒得到了细化.
(2) 添加适量的La可有效细化半固态A356铝合金的初生α相晶粒, 无论是否经过电磁搅拌, 随着稀土添加量的增加, 其初生α相晶粒表现出由粗大、条状晶粒转变为细小、近球状晶粒再转变为粗大、不规则状晶粒的演变规律, 当La添加量为0.4% (质量分数)时, 其初生α相晶粒大多为细小、近球状的晶粒, 稀土细化效果较为理想.
(3) 当La的添加量相同时, 经过电磁搅拌作用的A356-La铝合金初生α相的平均等积圆直径均比未经过电磁搅拌的要小, 其形状因子则相反, 均比未经过电磁搅拌的要大, 说明经过电磁搅拌的半固态A356铝合金初生α相晶粒比未搅拌过的更细小、圆整.
(4) 半固态A356-La铝合金凝固组织具有分形特征, 可应用分形几何的原理来描述和分析半固态铝合金中初生相的形貌变化规律甚至初生相形成机理, 除晶粒的尺寸大小、形状因子等外, 还可用分形维数来表征半固态A356-La铝合金初生相的形貌.
(5) 不同La含量的半固态A356-La铝合金初生相形貌具有不同的分形维数, 初生相形貌越是复杂、尺寸越是粗大, 其分形维数就越大, 反之, 其分形维数就越小, 即随着半固态初生相由树枝状向颗粒状或球状变化, 其分形维数逐渐变小.
The authors have declared that no competing interests exist.
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