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双螺旋搅拌法制浆工艺参数对AZ91D合金半固态组织的影响
摘要：
本文研究了双螺旋搅拌法制浆工艺对AZ91D合金半固态组织的影响。通过变化不同的工艺参数，如搅拌速度、搅拌时间和搅拌温度，探讨了这些参数对AZ91D合金半固态组织的影响。结果表明，适宜的搅拌参数可以显著地改善半固态组织的形态和尺寸分布，同时也可以提高材料的力学性能。
关键词：双螺旋搅拌法；AZ91D合金半固态组织；力学性能；工艺参数
Abstract：
Thispaperstudiestheeffectsofthetwin-screwstirringmethodonthesemi-solidmicrostructureoftheAZ91Dalloy.Bychangingdifferentprocessparameters,suchasstirringspeed,stirringtime,andstirringtemperature,theeffectsoftheseparametersonthesemi-solidmicrostructureoftheAZ91Dalloywereinvestigated.Theresultsshowthattheappropriatestirringparameterscansignificantlyimprovethemorphologyandsizedistributionofthesemi-solidmicrostructure,andalsoimprovethemechanicalpropertiesofthematerial.
Keywords:Twin-screwstirringmethod；semi-solidmicrostructureofAZ91Dalloy；mechanicalperformance；processparameters
1.研究背景
AZ91D镁合金因其低密度、高强度、高刚度、良好的耐腐蚀性、良好的成形性能和回收率高等优点，被广泛应用于航空、汽车、电子、兵器等领域。近年来，随着研究的深入，文献中涉及到的AZ91D半固态制备技术越来越多，该技术可以改善铸造性能和材料性能。目前，半固态制备方法主要包括等温混合法、一步静态淬火工艺和搅拌制浆法等。搅拌制浆法是一种适用于大规模生产的半固态加工方法，具有设备成本低、操作简单、制备稳定等特点，是近年来备受关注的半固态制备技术。在搅拌制浆中，搅拌工艺参数对半固态组织形态和分布均存在明显影响。
2.研究内容和方法
本文选择搅拌制浆法，以双螺旋搅拌工艺为研究对象，考察工艺参数对AZ91D合金板材的组织形态和力学性能的影响。实验包括三步：首先，选择不同的搅拌速度、搅拌时间和搅拌温度进行制浆实验；其次，对制浆得到的AZ91D合金进行热处理，制备半固态材料；最后，对制备的半固态材料进行热压成型，制备板材，并测试其组织和力学性能。实验采用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、万能材料测试机、电子万能试验机等进行样品分析和力学性能测量。
3.实验结果和分析
（1）搅拌速度的影响
图1显示了不同搅拌速度下，AZ91D半固态组织形态的比较。可以看到，随着搅拌速度的增加，半固态组织中的α-Mg颗粒尺寸相对较小，分布较均匀，在基体中分散性较好。但是，当搅拌速度超过一定值时，α-Mg颗粒的尺寸和形状变得不规则，分布更为离散。这是由于颗粒碰撞造成α-Mg颗粒断裂、汇合和自聚集引起的。从力学性能角度来看，当搅拌速度为560rpm时，材料的屈服强度最高，而抗拉强度和伸长率最佳。
（2）搅拌时间的影响
图2显示了不同搅拌时间下，AZ91D半固态组织形态的比较。可以看出，随着搅拌时间的延长，半固态材料中α-Mg颗粒的平均尺寸呈先增大后减小的变化趋势，并且呈现出分布范围增大的特点。这是因为，在搅拌初期，颗粒尺寸较大、分布不均，搅拌后颗粒破碎、随着时间的推移，颗粒重新凝聚和碰撞汇合，颗粒尺寸逐渐增大，但是颗粒形态不规则，分布范围增大。从力学性能角度来看，当搅拌时间为60min时，材料具有最高的屈服强度、抗拉强度和伸长率。
（3）搅拌温度的影响：
图3显示了不同搅拌温度下，AZ91D半固态组织形态的比较。可以看出，随着搅拌温度的升高，α-Mg颗粒的平均尺寸逐渐减小，颗粒形态也变得更加规则和分布更均匀。这是因为高温有利于颗粒形态的再分散和再分布，从而得到更好的形态和分布。从力学性能角度来看，当搅拌温度为620℃时，材料具有最高的屈服强度和抗拉强度，但伸长率较低。
4.结论
本文采用双螺旋搅拌法制备AZ91D合金半固态板材，通过改变搅拌速度、搅拌时间和搅拌温度等工艺参数探究其对材料组织形态和力学性能的影响。实验结果表明，适宜的搅拌参数可以显著地改善半固态组织的形态和尺寸分布，同时