半固态镁合金成形技术概述
重庆科技学院
课程结业考试（论文）题目半固态镁合金成形技术概论
院（系）冶金与材料工程学院
专业班级材料工程技术08-02
学生姓名刘明强学号2008630578
任课教师孙建春职称讲师
评定成绩___ _ __ 评语：
年月日
半固态镁合金成形技术概述
姓名：刘明强学号：2008630578
摘要：半固态镁合金制备是在20世纪末新起的最新制备镁合金的技术，半固态技术被认为是21世纪最具发展前途的近终成形技术之一［1］。本文旨在为大家阐述半固态镁合金成形技术的基本概论，包括镁合金的相关阐述（性能、应用、加工技术等）；半固态成形技术的概念，半固态金属浆料的制备，以及半固态加工材料的制备技术等；重点是镁合金与半固态成形技术的结合，包括半固态镁合金浆料的制备，半固态镁合金材料的制备，半固态镁合金材料的热处理，半固态镁合金成形技术的国内国外现状和未来展望，同时阐述半固态镁合金制备的优缺点。
关键词：半固态、镁合金、浆料、半固态成形、流变成形
前言：镁及镁合金作为一种新型的应用材料，近年来已广泛应用于军用、民用领域，如在航空航天、航海、通信、医疗、广播电视、音响影像器材、微电子技术、光学仪器等领域内，在汽车、摩托车、工具、家电电器、手机、计算机及电子设备等制品中都可看到镁合金的终极，在炼钢脱硫、铝合金生产、防腐工程中都离不开镁原料。在汽车行业，上海汽车集团公司、一汽集团、东风汽车集团、江铃汽车公司等国内大的汽车公司均开始使用镁制零部件。根据相关研究，汽车单车自重没减轻100Kg，每百公里耗油可减少0.7L左右，每节省1L燃料可减少二氧化碳排放量 2.5g。而通过镁合金零部件的使用可有效的实现汽车轻量化目标。镁合金应用于交通工具，除减中和降低油耗，还可以提高整车加速、制动性能，还能降低行驶振动和噪声，提高舒适度，可以加快散热，使发动机的综合性能提高一个档次，具有良好的经济效益。
镁合金的半固态成形目前是各国研究的热点：Ya-no Ei ji等利用余热的冷却斜槽近液相线铸造或得了半固态AZ91D镁合金组织；J M Kim等利用两步加热法得到了半固态AZ91镁合金浆料；Czerwinski F开发了半固态加工与挤压、喷射成形结合在一起的心的镁合金加工技术，一Mg-9% Al-1%Zn为例分析力组织性能变化规律；Chen J Y和Fan Z研究了半固态浆料的流变模型；Koren Z等研究了AZ91和AM503镁合金半固态热压铸和冷压铸成形。［2］
可以看到镁合金半固态的研究虽然很多，但主要之中在浆料制备、二次加热重熔、触变成形几个方面，仅有几个流变成形研究也只是在实验室，工艺还不成
熟，与应用有一定的距离。虽然半固态流变成形技术应用更少，但与触变成形相比，流变成形更节省能源、流程更短、设备更紧凑，因此流变成形技术仍然是未来金属半固态加工技术的一个重要发展方向。所以演剧开发镁合金的刘避难成型工艺具有重大意义。
下面的是两个镁合金半固态成形技术介绍：
镁合金流变成形技术
流变成形技术始于二十世纪七十年代，由美国MIT的Flemings教授领导的研究小组最先提出。流变成形的基本原理是在熔体凝固过程中对熔体施加搅拌，从而改变凝固中的形核和长大规律。将经过搅拌的熔体导入成形设备内，获得的铸件微观组织为细小均匀的等轴晶，而不是常规铸造的粗大树枝晶。适合于流变成形的成形方式多种多样，如连铸、压铸、挤压、锻造、轧制等。随着镁合金压铸工业的迅猛发展，流变压铸技术已表现出良好的应用前景。常规液态压铸件内往往存在气孔，导致生产成品率低，零件无法通过热处理提高性能。流变压铸能避免铸件内形成气孔，铸件性能得到改善，生产效率显著提高。
双螺旋流变成形技术
双螺旋流变制浆技术由英国Brunel 大学Z.Fan等人发明并申请了多项国际专利。北京有色金属研究总院与发明人合作，共同致力于该技术的二次开发和推广应用。双螺旋流变制浆设备通过一对高速旋转的螺杆对熔体实施高剪切率搅拌。熔体经过搅拌处理后直接进行压铸、挤压、轧制等。双螺旋搅拌技术适用于多种不同牌号镁、铝合金，具有连续处理熔体的能力，是目前最为成功的流变成形熔体处理技术。［3］
半固态成形技术的发展动向
半固态金属胚料的制备技术：在预制锭的制备方面进行了很多研究，以获得简便、低成本及组织良好的胚料，除搅拌法以外还有：（1）低注浇注法。（2）快速冷却法。（3）冷却板法。（4）加入晶粒细化剂法等，如Ca、Zn用于Mg、Zn合金等。
半固态金属成形技术发源于美国（1972年），发明至今30多年，且已成为工业界认可之技术，而美国仍处于全球领先地位，而此一制程尚未普及之原因不外乎经济与技术两方面。今后半固态成形的普及推广仍赖它在技术成熟性（再现性、稳定性、可靠性）及经济性（降低成本）方面获得进一步进展，并利用半固态成形性之特性，与汽车工业密切配合以扩大应用领域。［4］
正文：
1镁合金简述：
1.1.镁及镁合金的性能：
镁是地球上排位第八位的富有金属元素，其含量约占地壳重量的2%，在金属元素中仅次于铝和铁；镁同是也是海水中的第三富有元素，约占海水重量的0.13%。镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料。此外镁合金由于有较高的比强度、比刚度、减震度、耐磨度、导热性、电磁屏蔽性、易切削性和易回收等良好的综合性能，而成为汽车、航空航天及电子通讯等行业的重要新型原材料。在能源、资源日益严峻和环保问题日趋突出的今天，镁合金材料被誉为“21世纪的绿色工程工程结构材料”，具有良好综合性能的轻质镁合金材料正成为全球关注的热点。
1.2.镁合金的广泛应用
镁及镁合金作为一种新型的应用材料，近年来已广泛应用于军用、民用领域，如在航空航天、航海、通信、医疗、广播电视、音响影像器材、微电子技术、光学仪器等领域内，在汽车、摩托车、工具、家电电器、手机、计算机及电子设备等制品中都可看到镁合金的终极，在炼钢脱硫、铝合金生产、防腐工程中都离不开镁原料。在汽车行业，上海汽车集团公司、一汽集团、东风汽车集团、江铃汽车公司等国内大的汽车公司均开始使用镁制零部件。根据相关研究，汽车单车自重没减轻100Kg，每百公里耗油可减少0.7L左右，每节省1L燃料可减少二氧化碳排放量2.5g。而通过镁合金零部件的使用可有效的实现汽车轻量化目标。镁合金应用于交通工具，除减中和降低油耗，还可以提高整车加速、制动性能，还能降低行驶振动和噪声，提高舒适度，可以加快散热，使发动机的综合性能提高一个档次，具有良好的经济效益。
镁合金所具有的优异的波比铸造性能及良好的比强度、比刚度和抗撞能力，能充分瞒住3C产品高度集成化、转薄化、微型化、抗摔撞级等。因此当前在手机、笔记本电脑、PDA、CD机、网盘、数码相机、摄像机、MP3、便携DVD等行业，也已经建立了一批专门生产3C产品专用镁合金部件的企业，也已经掀起了镁合金部件的企业。我国如青岛金谷镁业公司、长春华禹镁业公司和富士康公司等。
炼钢脱硫是中国镁的应用量突起的另一个重要领域。随着汽车工业、石油、天然气管线、桥梁建筑等领域用高强度低硫钢的需求增长，近几年鞍钢、宝钢、武钢等钢厂一开始采用镁制脱硫剂进行脱硫，获得低硫优质钢。
1.3.镁合金的加工技术
目前镁合金产品的80%是通过铸造方法获得。包括砂型铸造、金属型铸造、中立铸造、熔模铸造、消失模铸造、永久模铸造和压铸等在内的多种铸造方法均可用于镁合金成形，其中压铸是最成熟、应用最广的方法。此外半固态铸造、挤压、轧制等成形方法也可以应用于镁合金。
总的来说镁合金的广泛应用遇到了一些问题：1）镁合金在熔炼中极容易燃烧，在热加工过程中极容易氧化；2）镁合金化学性质比较活泼，耐腐蚀性较差；3）镁合金的高温强度、蠕变性能较低，限制了镁合金在高温下的使用；4）镁合金的常温力学性能，特比我是强度和塑性、韧性有待进一步提高；5）镁合金的合金系列相对很少，特别是变形镁合金的研究开发严重滞后。［5］
2半固态成形技术
通常，金属的成形工艺有两种：一种是采用完全呈一台的金属成形，例如各种铸造技术；另一种是采用完全是固态的金属成形，例如锻造、挤压等。［6］半固态铸造是办固态加工或半固态成形的核心，是指将既非全呈液态，又非全程固态的固态-液态的金属混合减料用住在和其他加工方法成形的新方法。半固态铸造的工艺原理是将合金熔化后，待它另却到液相线以下时，对合金进行搅拌。在叫办理的作用下，合金中析出的树枝状晶贝破坏，并在周围金属液的摩擦熔融作用下，晶粒和破碎的枝晶小块形成卵球状的颗粒，分布在整个液态金属中。这时合金几十固态组分大40%-60%，仍然像糊状的悬浮液，具有一定的流动性。而在剪切力较小或为零是，她又具有固题性质，可以进行搬运储存。［7］
2.1.半固态合金浆料制备
半固态成形技术采用具有特殊组织——非枝晶组织(或称半固态组织)的坯料：因此，如何制备优质的具有非枝晶组织的坯料是半固态成形的前提。目前，用于非枝晶组织坯料生产的工艺主要有：机械搅拌法．电磁搅拌法、应变诱发熔化激活法和半固态等温热l处理法等。
2.1.1.机械搅拌法
机械搅拌法是最早采用的方法，其设备构造简单，分为间歇式和连续式两种，可以通过控制搅拌温度、搅拌速度和冷却速度等工艺参数，使初生树枝晶破碎而成为颗粒结构。但由于工艺参数不易控制，容易卷入气体，搅拌器与熔体接触易造成熔体污染，重现性较差，很难保证产品质量的一致性。并且坯料的晶粒尺寸较大，一般为200 。因此．在工业生产中很少采用，大多用于试验室研究，并主要集中于铝合金的制备_l J。日本长冈(Nagaoka)技术科学大学的小岛阳(KOJIMA Yo)和谦土重晴(KAMADO蛳耐叭t)对AZglD镁台金在半固态条件下，利用机械搅拌进行了一系列的研究，取得了一定的成果- ．Tissier等人』也采用机械搅拌法研究了AZglD镁合金的流变铸造技术，研究表明，初生相的均匀性及圆整度随搅拌时间、剪切速率的增加或搅拌温度的降低(增加固相率)而增加，但也未见到应用于工业生产实践的报告。
2.1.2.电磁搅拌法
从搅拌金属液的流动方式来分有水平式和垂直式2种；从旋转磁场产生的方式可分为交变电磁场和永磁场2种。主要参数有搅拌功率、冷却速度、金属液温度、浇注速度等。电磁搅拌制备的铸锭晶粒尺寸一般可达60,ura，为球状等轴晶组织；一般用于生产直径不大于150 r帅的捧坯[3,41。该方法在很大程度上克服了机械搅拌的缺点，且可实现连铸，生产敢率高，是目前工业化生产中应用最为广泛的一种方法。
2.1.
3.应变诱发熔化激活法
应变诱发熔化激活法(Strain-Induced Melt Activation．简称s『MA)是先将合金原材料进行足够的预变形，然后再加热到固相线和液相线之间的某一温度，即半固态。在加热过程中，先发生再结晶，然后部分熔化，使初生相转变成颗粒状，形成半固态金属材料，少了一个熔体处理步骤。该方法已成功地应用于不锈钢、铜台金、铝合金及锌台金等15 。。但多了一道预变形工序，且只能制备直径小于60 mm的坯料。
2.1.4.半固态等温热处理法
半固态等温热处理法(se 一Solid Isothemml He．at—Trea~'nent．简称SSIT)是∞世纪9o年代中期新发明的一种方法，国内东南大学的苏华钦等』、【10, 1年用它对ZA21台金进行了研究．其方法是在台金熔融状态时加入变质元素，进
行常规铸造，然后把锭坯重新加热到固液两相区进行保温处理(半固态等温热处理)．最终获得具有触变性的非枝晶组织。它与SIMA相比略去了预变形；与机械搅拌和电磁搅拌相比略去专门制备非枝晶组织的步骤，可以在半固态成形之前的二次加热中实现非枝晶化。主要工艺参数有添加微量元素的种类、加入量、半固态等温温度和保温时间等。甘肃工业大学利用此法对ZA27合金及其复合材料及AZglD台金进行了处理，得到了满意的结果。
2.2.半固态成形方法［8］
半固态成形方法分为：非触变材料半固态加工、触变材料半固态加工、金属基复台材料半固态制备和成形等三种。
2.2.1.非触变材料半固态成形
非触变材料半固态成形，可分为液态冷却法和固态重熔法。其中液态冷却法包括液态模锻、液态挤压、连续铸挤和液态轧制等，特点是成形开始于液态，在成形过程中实现半固态的转换过程。固态重熔法是将铸坯或已变形的锻坯加热至半固态时，直接施加外力，使其产生变形、流动充填、压^等过程，只是铸坯在半固态时没有触变性，可进行挤压、模锻、轧制等。
2.2.2.触变材料半固态成形
触变材料半固态成形是对固态坯料进行特殊处理，使其具有非枝晶组织的半固态组织。有半固态塑性成形和半固态铸造两种。半固态塑性成形包括半固态挤压、半固态模锻、半固态铸挤和半固态轧制等。半固态铸造分为流变铸造和触变铸造两种。R Shibata等人直接在压铸机压室中用电磁搅拌方法制备半固态合金浆液，然后将其挤^模具型腔成形。用此法制成的铝合金铸件的力学性能较挤压铸件高，而与半固态触变成形的性能相当。但设有用此法制备镁台金铸件。由于半固态金属坯料的加热、输送很方便，并且成形过程容易控制，便于实现自动化操作，因此半固态触变成形是当今半固态铸造的主要工艺方法。许多国家的公司能生产半固态铝台金触变成形的专用设备。
2.2.
3. 金属基复合材料半固态制备和成形
颗粒增强的盎属基复合材料的制备往往采用在半固态条件下进行搅拌，然后把增强体不断加入金属基体中随后维持在半固态或者迅速升温至液相线，注^模具中，实现半固态铸造或液态塑性加工。
3.注射成形
注射成形(Injection Molding或称Thixomolding)也有人将它归于流变铸造一类。由美国The Dow Chemical Co．公司开发用于镁合金的注射成形。此工艺方法与流变铸造的区别在于不需要事先将原材料经搅拌成为半固态浆液。它与触变铸造的区别在于不需要将半固态浆液制成半固态铸锭，再将铸锭加热后进^成形设备，而是类似于塑料的注射成形法，因此简单、干净。其工作原理是由普通铸锭利用专用的装置以机械的方式切成3～ 6 mm左右的粒状，在室温下通过料斗送^高温螺旋混台机加热，加热能量由感应加热线圈和电阻加热元件提供在加热区内同时受到机器剪切与加热；采用惰性气体Ar作为保护性气体，而不采用造成温室效应的SF6。在金属加热到半固态后进^定量触变浆料(固相率为30％一50％)收集器，达到定量后以混料螺旋为活塞，通过喷嘴高速射^压铸模具内，经充填凝固得到制品。特点是从固体坯料到铸件在一个装置内完成，省去了外部熔融金属的处理及运输工序。但由于工艺与设备的局限性，该工艺材料的选择性较小，常用的只有AZglD，~N50A和AM601等几种，而目前最成功的是．4Z91D。
4. 发展前景
目前，世界各国都有许多大学与公司在从事半固态金属加工技术的研究工作，并取得了很多成果。随着汽车与电子工业的发展，对产品的轻量化要求越来越高，镁台金半固态成形与传统的压铸相比具有许多优点。特别是注射成形技术(实际应用于实践的仅此而已)的应用，为镁合金半固态成形的应用开辟了途径，但由于发达国家对其设备和技术垄断，造成推广应用受阻。而目前我国是世界上最大的镁生产国，但大部分镁作为原材料出VI 本国的需求量并不是很大，这主要是由于我国在镁合金成形技术的研究和应用方面，尤其是半固态成形技术与发达国家还有很大差距。因此加强半固态成形这种新技术研究，具有广阔的应用前景。
5.结论
我国是个镁资源大国，通过对金属镁的不断研究，使我们能更加有效的利用镁金属。半固态方法制造的产品具有铸造缺陷少，产品的力学性能、尺寸精度、表面和内在质量高等优点，此外还有节约能源、安全性好、近净成形性好等优点。
通过注射成形得到的镁合金材料是比较理想的。
参考文献
［1］谢水生，黄声宏半固态金属加工技术及其应用北京冶金工业出版社．1999
［2］、［5］张颂阳，半固态镁合金铸轧成形技术冶金工业出版社. 2008 ［3］https://www.sodocs.net/doc/2814786107.html,/info/detail/44-6538.html
［4］https://www.sodocs.net/doc/2814786107.html,/webeditor/UploadFile/20089423127179.pdf ［6］、［7］于文斌程南璞吴安如材料制备技术西南师范大学出版社. 2006.8 ［8］李元东.郝远.陈体军.闫峰云镁合金半固态成形的现状及发展前景 [期刊论文] -特种铸造及有色合金2001(2)
半固态触变注射成型镁合金组织性能分析oc
半固态触变注射成型镁 合金组织性能分析o c Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
半固态触变注射成型镁合金组织性能分析 摘要：本文对半固态触变注射成型镁合金AZ91D 的组织与性能进行了分析，结果表明，该成形法所生产的镁合金产品的组织及力学性能均优于压铸产品，从而为应用半固态触变注射成型法进行镁合金汽车零部件的生产奠定基础。 关键词：触变注射成型镁合金组织力学性能 1 引言 近年来，随着对绿色、环保等方面要求的提高，镁合金以其重量轻、比强度高、比刚度高、减震性好、耐电磁屏蔽、易回收等特点从众多金属材料中脱颖而出，广泛的应用于航空、航天、电子和汽车等行业。目前，镁合金应用的两大热点产业是电子业和汽车业。一方面，用于“3C” (Computer、Communication、Consumption Electronics Pro ducts)产品的壳体，有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势；另一方面，作为实际应用中最轻的结构金属，镁合金能够满足交通运输业日益严格的节能和尾气排放要求，从而生产出重量轻、耗油少、环保的新一代交通工具。 国内外广泛采用的镁合金成形方法为压铸法。压铸镁合金产品具有尺寸稳定性好、生产率高等优点，但也具有夹杂多、气孔多、成形后难热处理、尺寸近净成形差等不足。采用压铸法制造的零件很难满足诸如用于“ 3C”产品中所广泛使用的薄壁壳体类零件以及用于汽车工业中的高性能镁合金零部件的要求。 同压铸法相比，半固态方法制造的产品具有铸造缺陷少，产品的力学性能、尺寸精度、表面和内在质量高等优点，此外还有节约能源、安全性好、近净成形性好等优点。目前世界上已经成功工业化的镁合金半固态成型技术是触变注射成型技术[1]。长春华禹镁业有限公司是我国最早引进此项技术的厂家，本文利用该公司的触变注射成型机制备试样，对触变注射成型镁合金的组织及力学性能进行了分析，从而为公司下一步进行汽车用高性能镁合金的研究开发作适当的技术储备。 2 半固态触变注射成型技术的原理及工艺过程 半固态触变注射成型技术的原理 在普通铸造过程中，初晶以枝晶方式长大，当固相率达到左右时，枝晶就形成连续网络骨架，失去宏观流动性。半固态成形是在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌，使普通铸造成形时易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态，悬浮于剩余液相中。这种颗粒状非枝晶的显微组织，在固相率达～时仍具有一定的流变性，从而可利用常规的成形工艺如压铸、挤压，模锻等实现金属的成形[2～4]。
金属半固态成型技术发展详解
4 金属半固态加工 4.1概述 4.1.1半固态加工的概念与特点 4.1.1.1半固态加工的概念 传统的金属成形主要分为两类：一类是金属的液态成形，如铸造、液态模锻、液态轧制、连铸等；另一类是金属的固态成形，如轧制、拉拔、挤压、锻造、冲压等。在20世纪70年代美国麻省理工学院的Flemimgs教授等提出了一种金属成形的新方法，即半固态加工技术。金属半固态加工就是在金属凝固过程中，对其施以剧烈的搅拌作用，充分破碎树枝状的初生固相，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固-液混合浆料(固相组分一般为50％左右)，即流变浆料，利用这种流变浆料直接进行成形加工的方法称之为半固态金属的流变成形(rheoforming)；如果将流变浆料凝固成锭，接需要将此金属锭切成一定大小，然后重新加热(即坯料的二次加热)至金属的半固态温度区，这时的金属锭一般称为半固态金属坯料。利用金属的半固态坯料进行成形加工，这种方法称之为触变成形(thixoforming)。半固态金属的上述两种成形方法合称为金属的半固态成形或半固态加工(semi-solid forming or processing of metals)，目前在国际上，通常将半固态加工简称为SSM(semi-solid metallurgy)。 就金属材料而言，半固态是其从液态向固态转变或从固态向液态转变的中间阶段，特别对于结晶温度区间宽的合金，半固态阶段较长。金属材料在液态、固态和半固态三个阶段均呈现出明显不同的物理特性，利用这些特性，产生了凝固加工、塑性加工和半固态加工等多种金属热加工成形方法。 凝固加工利用液态金属的良好流动性，以完成成形过程中的充填、补缩直至凝固结束。其发展趋势是采用机械压力替代重力充填，从而改善成形件内部质量和尺寸精度．但从凝固机理角度看，凝固加工要想完全消除成形件内部缺陷是极其困难的，甚至是不可能的。 塑性加工利用固态金属在高温下呈现的良好塑性流动性，以完成成形过程中的形变和组织转变。与凝固加工相比，采用塑性加工成形的产品质量明显好，但由于固态金属变形抗力高，所需变形力大，设备也很庞大，因此要消耗大量能源，对于复杂零件往往需要多道成形工序才能完成。因此，塑性加工的发展方向是降低加工能耗和成本、减小变形阻力、提高成形件尺寸精度和表面与内部质量。由此出现了精密模锻、等温锻造和超塑性加工等现代塑性加工方法。 半固态加工是利用金属从液态向固态转变或从固态向液态转变(即液固共存)过程中所具有的特性进行成形的方法。这一新的成形加工方法综合了凝固加工和塑性加工的长处。即加工温度比液态低、变形抗力比固 态小，可一次大变形量加工成形形 状复杂且精度和性能质量要求较高 的零件。所以，国外有的专家将半 固态加工称为21世纪最有前途的材 料成形加工方法。 图4-l表示金属在高温下 三态成形加工方法的相互关系。
铝合金半固态锻造工艺研究
轻金属半固态模锻工艺研究 1、前言 20世纪70年代初，美国麻省理工学院研究人员发现，金属材料在凝固过程中施 加强烈的搅拌，可以打破传统的枝晶凝固模式，形成近球状的组织，从而得到一 种液态金属母液中均匀悬浮着一定球状或类球状初生固相的固—液混合浆料，即半固 态浆料，这种浆料具有良好的流变性和触变性，采用这种既非液态又非完全固态 的金属浆料跟常规加工方法如压铸、挤压、模锻等结合实现成形加工的方法称为 半固态金属加工(Semi-Solid Metal Processing，简称SSM)。从理论上讲，凡具有 两相区的合金及其复合材料均可以实现半固态成形加工。该方法之所以能够发展成 为一种先进的成形加工技术，完全基于半固态金属材料所具有的特殊流变学性能， 即触变性：当半固态金属坯料所受的剪切力不大时，坯料具有很高的粘度近似固态，可以方便地放置和搬运；而当受到较大剪切变形时，坯料便表现出较小的粘度可以 像液态一样随意流动成形。但是采用具有枝晶状初生相组织的固—液混合体成形加工时，由于枝晶状组织的相互搭结、缠绕，变形阻力大，流动性很差，固液相极易分离，产生严重的热裂与宏观偏析。因此，半固态金属成形具有多方面的优点：相对于 普通液态成形（如压力铸造或挤压铸造，）由于半固态浆料中已有一半左右的固相存 在而且温度低于液态金属近100℃，因此可以消除常规铸件固有的皮下气孔和疏松等 缺陷，而且模具寿命成倍提高；相对于常规固态成形（如模锻或挤压），由于半固态 浆料具有很好的流动性，因此变形抗力极低，可以一次加工成形复杂的零件，减少 了成形道次、模具投入及后续机加工量，而力学性能则与固态锻造相当。正是半固态金属锻造技术具有高效、优质、节能和近终成形等突出优点，可以满足现代汽车 制造业对有色合金铸件高致密度、高强度、高可靠性、高生产率和低成本等要求，因此倍受汽车制造厂商以及零部件配套生产厂商的重视。 半固态金属锻造与半固态金属触变压铸实质上并无明显差别，其主要不同 之处在于前者是用半固态金属在锻造设备上加工成形。锻造半固态金属可以在 较低的压力下进行，这使得一些传统锻造无法成形的形状复杂构件可以在半固 态金属锻造方法来生产，其锻造设备可分为立式和卧式压力机两种。半固态锻 造是将加热到半固态的坯料，在锻模中进行以压缩变形为主的模锻以获得所需
半固态镁合金成形技术概述
重庆科技学院 课程结业考试（论文）题目半固态镁合金成形技术概论 院（系）冶金与材料工程学院 专业班级材料工程技术08-02 学生姓名刘明强学号2008630578 任课教师孙建春职称讲师 评定成绩___ _ __ 评语： 年月日
半固态镁合金成形技术概述 姓名：刘明强学号：2008630578 摘要：半固态镁合金制备是在20世纪末新起的最新制备镁合金的技术，半固态技术被认为是21世纪最具发展前途的近终成形技术之一［1］。本文旨在为大家阐述半固态镁合金成形技术的基本概论，包括镁合金的相关阐述（性能、应用、加工技术等）；半固态成形技术的概念，半固态金属浆料的制备，以及半固态加工材料的制备技术等；重点是镁合金与半固态成形技术的结合，包括半固态镁合金浆料的制备，半固态镁合金材料的制备，半固态镁合金材料的热处理，半固态镁合金成形技术的国内国外现状和未来展望，同时阐述半固态镁合金制备的优缺点。 关键词：半固态、镁合金、浆料、半固态成形、流变成形 前言：镁及镁合金作为一种新型的应用材料，近年来已广泛应用于军用、民用领域，如在航空航天、航海、通信、医疗、广播电视、音响影像器材、微电子技术、光学仪器等领域内，在汽车、摩托车、工具、家电电器、手机、计算机及电子设备等制品中都可看到镁合金的终极，在炼钢脱硫、铝合金生产、防腐工程中都离不开镁原料。在汽车行业，上海汽车集团公司、一汽集团、东风汽车集团、江铃汽车公司等国内大的汽车公司均开始使用镁制零部件。根据相关研究，汽车单车自重没减轻100Kg，每百公里耗油可减少0.7L左右，每节省1L燃料可减少二氧化碳排放量 2.5g。而通过镁合金零部件的使用可有效的实现汽车轻量化目标。镁合金应用于交通工具，除减中和降低油耗，还可以提高整车加速、制动性能，还能降低行驶振动和噪声，提高舒适度，可以加快散热，使发动机的综合性能提高一个档次，具有良好的经济效益。 镁合金的半固态成形目前是各国研究的热点：Ya-no Ei ji等利用余热的冷却斜槽近液相线铸造或得了半固态AZ91D镁合金组织；J M Kim等利用两步加热法得到了半固态AZ91镁合金浆料；Czerwinski F开发了半固态加工与挤压、喷射成形结合在一起的心的镁合金加工技术，一Mg-9% Al-1%Zn为例分析力组织性能变化规律；Chen J Y和Fan Z研究了半固态浆料的流变模型；Koren Z等研究了AZ91和AM503镁合金半固态热压铸和冷压铸成形。［2］ 可以看到镁合金半固态的研究虽然很多，但主要之中在浆料制备、二次加热重熔、触变成形几个方面，仅有几个流变成形研究也只是在实验室，工艺还不成
铝合金半固态成形工艺的研究现状
铝合金半固态成形工艺的研究现状 作者：上海大学 余忠土 张恒华 邵光杰 许珞萍 新型的成形技术─―半固态成形 技术（SSM ）是一种近终成形（Near-net-shape ）的成形工艺。与传统的成形工艺相比，它有一系列突出的优点：成形温度低，成形件力学性能好，并较好地综合了固态金属模锻与液态压铸成形的优点。本文阐述了铝合金半固态成形技术的主要工艺方法，其工艺参数与传统液态压铸成形的差异，以及半固态成形件在不同状态下的力学性能 图1 半固态金属压铸流程图 20世纪70年代初，美国麻省理工学院Flemings 等人在实验中发现了半固态金属的流变性能，到70年代中期，Joly 等人进一步探索了半固态金属的这种性能，并出现了半固态金属加工的概念。所谓半固态金属加工技术即在金属凝固过程中，进行剧烈搅拌，将凝固过程中形成的枝晶打碎或完全抑制枝晶的生长，然後直接进行流变铸造或制备半固态坯锭後，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度，然後进行成形加工。铝合金的半固态加工技术主要有三道工序：半固态坯料的制备、二次重熔和触变成形。触变成形作为半固态加工技术的最後一道工序，是影响半固态成形件组织和性能的关键工序，直接影响着半固态成形件的组织和性能。自该技术被开发以来，已经历了30馀年的研究发展，并已召开了六次有关半固态的国际会议，发达国家已经进入生产实用阶段。因为半固态成形技术有一系列突出的优点：半固态金属成形技术具有高效、优质、节能和近终成形等优点，可以满足现代汽车制造业对有色合金铸件高致密度、高强度、高可靠性、高生产率和低成本等要求，因此倍受汽车制造厂商以及零部件配套生产厂商的重视。
新型半固态铝合金的设计与优化研究
收稿日期:2005211228; 修订日期:2005212226 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目 (2002AA336080) 作者简介:徐 骏(19542 ),江苏镇江人,博士,教授.从事金属半固态加工技术研究. Vol.27No.3Mar.2006铸造技术 FOUNDR Y TECHNOLO GY ?有色合金及其熔炼 Non 2ferrous Alloy and Its Smelting ? 新型半固态铝合金的设计与优化研究 徐 骏1,王海东1,2,张志峰1,杨必成1,田战峰1,石力开1,韩静涛2 (1.北京有色金属研究总院国家有色金属复合材料工程技术研究中心,北京100088;2.北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083) 摘要:结合半固态加工基本原理,利用热力学计算方法,设计出了新型半固态铝合金,主成分为Al 26%Si 22%Mg ,并利用实验方法优化选择了微量元素Zr 、Sr 。结果显示:Zr 元素具有明显的细化晶粒作用,Sr 元素的加入具有改善共晶硅形态的作用。合金中Zr 含量为0.10%～0.14%、Sr 含量为0.02%～0.04%的新合金AlSi6Mg2,表现出良好的半固态组织和力学性能。关键词:铝合金;半固态;合金设计 中图分类号:T G146.2+1 文献标识码:A 文章编号:100028365(2006)0320249203 De s i g n a n d Op ti miz a ti o n of A d v a nc e d S e mi 2s oli d Al u mi n u m All o y XU Jun 1,WANG H ai 2dong 1,2,ZHANG Zhi 2feng 1,YANG Bi 2cheng 1,TIAN Zh an 2feng 1,SHI Li 2k ai 1,H AN Jing 2tao 2(1.N ational E ngineering R esearch Center for Nonferrous Metal Composites ,B eijing G eneral R esearch Institute for Nonferrous Metals ,B eijing 100088,China ;2.School of Materials Science and E ngineering ,U niversity of Science and T echnology B eijing ,B eijing 100083,China) Abs t rac t :A main component Al 26%Si 22%Mg of an advanced semi 2solid aluminum alloy was de signed by thermodynamic calculations with the consideration of the basic principle of semi 2solid proce ssing (SSP ).Tiny Zr and Sr addition were selected by optimizing experiment methods.Re sults show that the new alloy AlSi6Mg2with 0.10%～0.14%Zr and 0.02%～0.04%Sr has good micro structure and mechanical propertie s in SSP. Ke y w ords :Aluminum alloy ;Semi 2solid ;Alloying de sign 半固态加工技术是极具潜力的近终成形技术之一[1,2]。目前,国内关于半固态加工技术的研究主要集中在对其工艺技术本身的研究上,采用的材料多为传统铸造铝合金,如A356、A357。由于传统铸造铝合金的局限性,使其并不能充分发挥半固态加工技术的优势,因而限制了半固态加工技术在工业上特别是汽车零部件制造业上的推广和应用。针对这一情况,研制开发出能充分发挥半固态加工技术特点,又具有市场应用前景的的半固态专用铝合金具有很大的现实意义[3,4]。本文以Al 2Si 2Mg 系作为研究对象,利用热力学计算设计出新型半固态铝合金的主成分为Al 26%Si 22%Mg ,并实验优化选择了微量元素Zr 和Sr 。1 新型半固态铝合金主成分设计1.1 新合金设计的基本条件 为了获得适合半固态加工成形的新合金,在合金设 计时需要根据半固态加工成形的特点来考虑新合金应 满足的基本条件[4]:①合适的固2液相温度区间ΔT S -L ,在参照常用铸造和变形铝合金固相线与液相线数据的 基础上,设定30℃≤ΔT S -L ≤150℃,以利于半固态初生相形成和固相体积分数的控制;②固相分数f S 对温度的敏感性,如果固相分数对温度的敏感性太高,温度的微小波动就会引起固相分数较大的变化,这将会使加工过程难以控制,并导致最终产品的质量不稳定。为此,在合金设计时设计固相分数随温度的变化率df S / d T ≤0.015;③Mg 2Si 是Al 2Si 2Mg 系主要的强化相,在 合金设计时应有尽可能多的析出量,使合金具有良好的热处理强化能力,以获得高性能的半固态零部件。1.2 热力学计算与设计结果 根据新合金设计的基本条件,采用国际通用的Thermo 2Calc 软件对Al 2Si 2Mg 系合金进行了计算。 表1是影响半固态加工主要参数的计算结果,其中列出了商用铝合金A356、A357及6061的相关参数,以便于比较。新合金具有合适的液相线温度,液固相温 度区间ΔT S -L =58.5℃,满足合金设计的基本条件。在计算d f S /d T 时,分2种情况:f S =0.3和f S =0.6 ? 942?
镁合金半固态射出成形技术介绍
半固態射出成形技術 第一節 觸變成形技術 (一)背景 觸變成形主要發展里程如所示。Dow Chemical早在1977年開始就嘗試 將半固態的概念應用在鎂合金上，經過十餘年的研究，於1988年製作出300噸 雛型機。1900年Dow Chemical 與另外五家公司聯合成立Thixomat公司，負責 技術的商品化及授權，以及應用技術的研發，1991年獲得觸變成形設備及製程 的美國專利，之後陸續取得26國專利。目前Thixomat授權生產觸變成形機的 公司僅限於日本製鋼所(JSW)及加拿大Husky兩家，JSW的機型包括75、220、450、650、及850噸，1998年夏天已推出1600噸機器；Husky剛取得授權不久，初期 預定開發90、225、500、及900噸等機種。1997年為止全世界用於實際生產之 機器約65台，估計1998年底可達100台。現有客戶三十餘家，分佈在日本、 美國、加拿大、瑞典、德國、新加坡、韓國、台灣等地，其中九成以上的客戶 原本是從事塑膠射出成形。 另一方面，美國能源部自1997年3月起展開一個400萬美金，為期三年的 計畫，支持Thixomat與Alcoa、Husky以及美國三大汽車廠合作研究鋁合金的 觸變成形，目標產品包括汽車用厚肉(8~10mm)結構件及薄殼(<1mm)連結件，未來 可能進一步擴及金屬基複合材料(metal-matrix composites)的成形技術。 (二)技術簡介 觸變成形是由塑膠射出成形衍生應用在金屬的成形製程，米粒大小的金屬 顆粒原料在氬氣保護的料斗進入料管，經螺桿旋轉磨擦及料管外加熱器提供 熱量，溫度逐漸升高至其固相線溫度(solid us temperature)以上，形成部分 熔融狀態，此時螺桿同時計量後退將半固態黏漿推擠到蓄料區，待蓄儲存的黏漿 達到所需的量後，螺桿停止轉動，高速射出系統驅動桿往前推送黏漿進入模穴。 待工件完全凝固後射出單元後退，螺桿進行下一循環的剪切輸送計量，夾模單元 則開模頂出，同時進行清除廢料及噴離型劑等動作。由於噴嘴溫度低於金屬的 液相線溫度(liquidus temperature)，因此噴嘴前端會形成一小截凝固的金屬 塊，在下一個計量階段中達到防止黏漿流出的密封效果，此一金屬塊在射出開始 時會被射出壓力逼出，並停留在特殊設計的模具豎澆道中，成為廢料。
半固态成型技术
半固态成形技术及其应用 【摘要】本文介绍了半固态成形技术的基本原理、技术优点，重点论述了搅拌、非搅拌浆料制备方法的优缺点及触变、流变、注射成形工艺的特点，并阐述了半固态成形技术工业化应用的现状和发展前景. 【关键词】半固态成形技术原理浆料制备成形方法应用 1前言 20世纪70年代，美国麻省理工学院的Flemimgs提出了金属半固态成形技术(SSM)，就是金属在凝固过程中，进行剧烈搅拌，或控制固一液态温度区间，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定固相组分的固液混合浆料(固相组分甚至可高达60%)，这种半固态金属浆料具有流变特性，即半固态金属浆料具有很好的流动性，易于通过普通加工方法制成产品，采用这种即非完全液态，又非完全固态的金属浆料加工成形的方法，就称为半固态成形技术。 2半固态成形工艺的基本原理 2.1半固态组织的形成机理 2.1.1枝晶断裂机制 在合金的凝固过程中，当结晶开始时晶核是以枝晶方式生长的。在较低温度下结晶时，经搅拌的作用，晶粒之间将产生相互碰撞，由于剪切作用致使枝晶臂被打断，这些被打断的枝晶臂将促进形核，形成许多细小的晶粒。随着温度的降低，这些小晶粒从蔷薇形结构将逐渐演化成更简单的球形结构。 2.1.2 枝晶熔断机制 在剧烈的搅拌下，晶粒被卷入高温区后，较长的枝晶臂容易被热流熔断，这是由于枝晶臂根部的直径要比其它部分小一些，而且二次枝晶臂根部的溶质含量要比它表面稍微高一些，因此枝晶臂根部的熔点要低一些，所以搅拌引起的热扰动容易使枝晶臂根部发生熔断。枝晶碎片在对流作用下，被带入熔体内部，作为新的长大核心而保存下来，晶粒逐渐转变为近球形。 2.1.3 晶粒漂移、混合—抑制机制 在搅拌的作用下，熔体内将产生强烈的混合对流，凝固过程是就在激烈运动的条件下进行，因而是一种动态的凝固过程。结晶过程是晶体的形核与长大的过程，强烈的对流使熔体温度均匀，在较短的时间内大部分熔体温度都降到
(工艺技术)半固态金属铸造工艺
半固态金属铸造工艺 3.1 概述 自1971 年美国麻省理工学院的D.B.Spencer 和M.C.Flemings 发明了一种搅动铸造（stir cast ）新工艺，即用旋转双桶机械搅拌法制备出Sr15% Pb 流变浆料以来，半固态金 属（SSM铸造工艺技术经历了20余年的研究与发展。搅动铸造制备的合金一般称为非枝晶 组织合金或称部分凝固铸造合金（Partially Solidified Casting Alloys ）。由于采用该 技术的产品具有高质量、高性能和高合金化的特点，因此具有强大的生命力。除军事装备上的应用外，开始主要集中用于自动车的关键部件上，例如，用于汽车轮毂，可提高性能、减轻重量、降低废品率。此后，逐渐在其它领域获得应用，生产高性能和近净成形的部件。半固态金属铸造工艺的成形机械也相继推出。目前已研制生产出从600吨到2000吨的半固态 铸造用压铸机，成形件重量可达7kg 以上。当前，在美国和欧洲，该项工艺技术的应用较为广泛。半固态金属铸造工艺被认为是21 世纪最具发展前途的近净成形和新材料制备技术之 一。 3.2 工艺原理 在普通铸造过程中，初晶以枝晶方式长大，当固相率达到0.2 左右时，枝晶就形成连续网络骨架，失去宏观流动性。如果在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌，则使普通铸造成形时易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态，悬浮于剩余液相中。这种颗粒状非枝晶的显微组织，在固相率达0.5-0.6 时仍具有一定的流变性，从而可利用常规的成形工艺如压铸、挤压，模锻等实现金属的成形。 3.3 合金制备 制备半固态合金的方法很多，除机械搅拌法外，近几年又开发了电磁搅拌法，电磁脉冲加载法、超声振动搅拌法、外力作用下合金液沿弯曲通道强迫流动法、应变诱发熔化激活法 （SIMA）、喷射沉积法（Spray）、控制合金浇注温度法等。其中，电磁搅拌法、控制合金浇注温度法和SIMA法，是最具工业应用潜力的方法。 3.3.1 机械搅拌法 机械搅拌是制备半固态合金最早使用的方法。Flemings 等人用一套由同心带齿内外筒组成的搅拌装置（外筒旋转，内筒静止），成功地制备了锡- 铅合金半固态浆液；H.Lehuy 等人用搅拌桨制备了铝-铜合金、锌- 铝合金和铝- 硅合金半固态浆液。后人又对搅拌器进行了改进，采用螺旋式搅拌器制备了ZA-22合金半固态浆液。通过改进，改善了浆液的搅拌效 果，强化了型内金属液的整体流动强度，并使金属液产生向下压力，促进浇注，提高了铸锭的力学性能。 3.3.2 电磁搅拌法电磁搅拌是利用旋转电磁场在金属液中产生感应电流，金属液在洛伦磁力的作用 下产生 运动，从而达到对金属液搅拌的目的。目前，主要有两种方法产生旋转磁场：一种是在感应线圈内通交变电流的传统方法；另一种是1993 年由法国的C.Vives 推出的旋转永磁体法，其优点是电磁感应器由高性能的永磁材料组成，其内部产生的磁场强度高，通过改变永磁体的排列方式，可使金属液产生明显的三维流动，提高了搅拌效果，减少了搅拌时的气体卷入。 3.3.3 应变诱发熔化激活法（SIMA） 应变诱发熔化激活法（SIMA是将常规铸锭经过预变形，如进行挤压、滚压等热加工制成半成品棒料，这时的显微组织具有强烈的拉长形变结构，然后加热到固液两相区等温一定时间，被拉长的晶粒变成了细小的颗粒，随后快速冷却获得非枝晶组织铸锭。 SIMA工艺效果主要取决于较低温度的热加工和重熔两个阶段，或者在两者之间再加一
镁合金半固态压铸缺陷分析与防止
F铸造 oundry 热加工热处理/锻压/铸造2011年第13期69 镁合金半固态压铸缺陷分析与防止 浙江机电职业技术学院（杭州310053）王瑞权 【摘要】针对镁合金半固态压铸生产中出现的各种缺陷的特征，从形成机理、影响因素等方面进行分析，并提出了具体的预防与控制措施。通过调整压铸工艺参数，改善铸型设计，提高镁合金的熔炼质量，可取得满意的效果。 在镁合金半固态压铸过程中铸件存在气孔、缩孔、缩松、氧化夹杂、冷隔、充型不良、毛刺和飞边等缺陷。 下面对上述各种缺陷产生的原因和防止方法进行论述。 一、气孔缺陷 气孔属气体作用而形成，一般尺寸较大，肉眼可见，内孔光滑（如图1所示） 。 图1铸件中的气孔金相 1.产生的原因 （1）当半固态浆料的液相率较高，飞溅严重，容易形成漩涡包住空气。 （2）内浇道处金属浆料充填速度较高，造成紊流，卷入气体。 （3）排气不良，溢流排气道太小。 （4）模具温度过低，脱模剂未干。 2.防止措施 （1）选择合理工艺参数，调整半固态浆料的液相率。 （2）增加内浇道和溢流槽面积，使内浇道处金属液流充填速度降低，并加大内浇道与铸件之间的过渡圆角。 （3）增设排气槽、溢流槽，充分排气，及时清除排气槽上的油污、废料。 （4）减少脱模剂的用量。 二、缩孔、缩松缺陷 铸件凝固次序的一般规律是：较薄处及合金液最先停止流动处往往最先凝固，较厚处及合金液体流过时间最长及最后充型处往往最后凝固，而缩孔与缩松的缺陷最易集中在铸件最后凝固的部位。 镁合金液的凝固方式为结晶温度范围比较宽的层状凝固，即由表及里逐层凝固。随着凝固的进行，金属的收缩也在不断地进行，结壳厚度不断增加，外部压力的作用越来越小，最后使铸件内部压力低于外部压力造成内部真空，从而形成缩孔与缩松缺陷。 压铸件中大而集中的孔洞为缩孔，小而分散的孔洞为缩松，缩松和缩孔的孔洞形状不规则、不光滑，表面呈暗色（如图2所示），而气孔具有光滑的表面，形状为圆形。 1.产生的原因 （1）铸件在凝固过程中，因产生收缩且得不到金属液补偿而造成空穴。 （2）压射比压低，增压压力过低。 （3）模具设计不合理，不能够建立合理的凝固顺序。
铝合金半固态锻造工艺研究
铝合金半固态锻造工艺研究
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轻金属半固态模锻工艺研究 1、前言 2０世纪70年代初,美国麻省理工学院研究人员发现，金属材料在凝固过程中施加强烈的搅拌,可以打破传统的枝晶凝固模式，形成近球状的组织,从而得到一种液态金属母液中均匀悬浮着一定球状或类球状初生固相的固—液混合浆料,即半固态浆料，这种浆料具有良好的流变性和触变性,采用这种既非液态又非完全固态的金属浆料跟常规加工方法如压铸、挤压、模锻等结合实现成形加工的方法称为半固态金属加工(Seｍｉ-Solid MetaｌProcｅssinｇ,简称ＳSM)。从理论上讲，凡具有两相区的合金及其复合材料均可以实现半固态成形加工。该方法之所以能够发展成为一种先进的成形加工技术，完全基于半固态金属材料所具有的特殊流变学性能，即触变性：当半固态金属坯料所受的剪切力不大时,坯料具有很高的粘度近似固态,可以方便地放置和搬运；而当受到较大剪切变形时,坯料便表现出较小的粘度可以像液态一样随意流动成形。但是采用具有枝晶状初生相组织的固—液混合体成形加工时,由于枝晶状组织的相互搭结、缠绕，变形阻力大,流动性很差，固液相极易分离，产生严重的热裂与宏观偏析。因此,半固态金属成形具有多方面的优点：相对于普通液态成形（如压力铸造或挤压铸造）,由于半固态浆料中已有一半左右的固相存在而且温度低于液态金属近1０0℃，因此可以消除常规铸件固有的皮下气孔和疏松等缺陷，而且模具寿命成倍提高;相对于常规固态成形(如模锻或挤压），由于半固态浆料具有很好的流动性,因此变形抗力极低，可以一次加工成形复杂的零件，减少了成形道次、模具投入及后续机加工量,而力学性能则与固态锻造相当。正是半固态金属锻造技术具有高效、优质、节能和近终成形等突出优点,可以满足现代汽车制造业对有色合金铸件高致密度、高强度、高可靠性、高生产率和低成本等要求，因此倍受汽车制造厂商以及零部件配套生产厂商的重视。 半固态金属锻造与半固态金属触变压铸实质上并无明显差别，其主要不同之处在于前者是用半固态金属在锻造设备上加工成形。锻造半固态金属可以在较低的压力下进行，这使得一些传统锻造无法成形的形状复杂构件可以在半固态金属锻造方法来生产,其锻造设备可分为立式和卧式压力机两种。半固态锻造是将加热到半固态的坯料，在锻模中进行以压缩变形为主的模锻以获得所需形状、性能制品的加工方法。半固态锻造可以成形变形力较大的高固相率的半固态材料，并
半固态流变铸造和触变铸造
半固态流变铸造和触变铸造 所谓流变铸造(压铸)是将液态金属制备成半固态浆糊料然后将其压铸成形的方法，主要设备由一台流变浆液连续制备器和一台压铸机组成。 所谓触变铸造(压铸)，是将由浆液连续制备器出来的浆液不直接压铸成形，而先制成料锭，并将料锭熔成一定的尺寸，可作为商品出售，用户在使用时先将其加热，并送入压铸机内压铸成型的方法。整个系统包括压铸机、感应炉和刚玉质的料锭软度指示计组成。 1970年，美国马萨诸塞州技术研究所在研究部分凝固合金的流动性时，意外地发现了应用半凝固金属糊状浆料进行压铸的可能性。这种糊状浆料的初生固体颗粒包含有粗化的树枝晶或是球形的团块。它们彼此不连结，并且冷在液态基质中，其固相体积比可高达80%，可以在任意长的搅拌时间内阻止这些固相颗粒进行接触，得到具有流变性和触变性的半固态糊浆料(其粘度随剪切速率或随时间的增加而减小，并有可逆性)。近30年来，有关流变铸造和触变铸造压铸专利技术的报道不断涌现。 由于二次加热能耗大，工艺过程较复杂，加之具有触变性的金属材料种类不多。因此，半固态金属铸造的工业应用受到限制。近年来，世界各国的研究人员们在研究新的半固态金属压铸工艺技术时，将塑料的注射成形原理应用于固态金属铸造工艺中，形成了流变注射成形(1theo.moulding)和触变注射成形(1~ixomoulding)新工艺，它们集半固态金属浆料的制备、输送、成形等过程于一体，较好地解决了半固态金属浆料的保存、输送、成形控制困难等问题，使得半固态金属铸造技术的大量工业应用出现了光明的前景。 (一)触变注射成形 由美国’Fhixomat公司提出的半固态金属触变注射成形工艺(‘rhixomoulding)，采用了塑料注射成型的方法和原理，它由给料器、驱动及注射系统、剪切螺旋、加热剪切镁合金的粒料或屑料可变成含固相率在60%以上的半固态浆料，剪切螺旋的平移速度为380cra/s。 其成形过程为：被制成粒料、屑料或细块料的镁合金原料从料斗中加入;一定量的半固态金属液在螺旋的前端累积;最后在注射缸的作用下，半固态金属液被注射入模具成形。 (二)流变注射成形 美国(~onell大学的K.K.Wang等，首先将半固态金属流变铸造(sSM.Rheocasting)结合起来，形成了一种 称之为“流变注射成形”(]Rheomoulding)的半固态金属成形新工艺。 流变注射成形的工作原理是：液态金属依靠重力从熔化保温炉中进入搅拌筒体，然后在螺旋的搅拌作用下(螺旋没有向下的推压力)冷却至半固态，积累至一定量的半固态金属液后，由注射装置注射成形。上述过程全在保护气体下进行。 温度控制精度是半固态金属成形的关键因素之一。
半固态金属铸造工艺
精心整理 半固态金属铸造工艺 3.1概述 3.2工艺原理 在普通铸造过程中，初晶以枝晶方式长大，当固相率达到0.2左右时，枝晶就形成连续网络骨架，失去宏观流动性。如果在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌，则使普通铸造成形时易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态，悬浮于剩余液相中。这种颗粒状非枝晶的显微组织，在固相率达0.5-0.6时仍具有一定的流变性，从而可利用常规的成形工艺如压铸、挤压，模锻等实现金属的成形。 3.3合金制备 制备半固态合金的方法很多，除机械搅拌法外，近几年又开发了电磁搅拌法，电磁脉冲加载法、超声振动搅 -铝合金和铝-1993SIMA 状组织。该方法的特点是，不需要加入合金元素也无需搅拌。V.Dobatkin 等人提出了在液态金属中加细化剂，并进行超声处理后获得半固态铸锭的方法，称之为超声波处理法，如图1所示。 图1超声波处理法示意图 3.4成形方法 半固态合金成形方法很多，主要有： （1）流变铸造（Rheoforming,Rheocast ） 图2触变铸造工艺示意图 1压铸合金2连续供给合金液3感应加热器4冷却器5流变铸锭6压射室7压铸模 在金属液从液相到固相冷却过程中进行强烈搅动，在一定固相分数下，直接将所得到的半固态金属浆液压铸或挤压成形，见图2。
如R.Shibata等人曾将用电磁搅拌方法制备的半固态合金浆液直接送入压铸机射室中成形。该方法生产的铝合金铸件的力学性能较挤压铸件高，与半固态触变铸件的性能相当。问题是，半固态金属浆液的保存和输送难度较大，故实际投入应用的不多。 （2）触变铸造（Thixoforming,Thixocast） 将已制备的非枝晶组织锭坯重新加热到固液两相区达到适宜粘度后，进行压铸或挤压成形，如图3所示。 图3触变铸造工艺示意图 1坯料2软度指示计3坯料重新加热装置4压射室5压铸模 美国的EOPCO、HPMCorp.、PrinceMachine、THTPresses以及瑞士的Buhler公司、意大利的IDRAUSA、ItalpresseofAmerica、加拿大的ProducerUSA、日本的ToshibaMachineCorp和UBEMachineryServices等均已能生产半固态铝合金触变成形专用设备。该方法对坯料的加热、输送易于实现自动化，故是当今半固态铸造的主要工艺方法。 （3 （4 4所示。 （5 (1) 1 2 3 4 5 6 7 (2) 1）铸件质量高。因晶粒细化、组织分布均匀、体收缩减少、热裂倾向下降，基体上消除了缩松倾向，力学性能大幅度提高。 2）凝固收缩小，故成形后尺寸精度高，加工余量小，近净成形。 3）成形合金范围广。非铁合金有铝、镁、锌、锡、铜、镍基合金；铁基合金有不锈钢、低合金钢等。 4）制造金属基复合材料。利用半固态金属的高粘度，可使密度差大、固溶度小的金属制成合金，也可有效地使用不同材料混合，制成新的复合材料。 3.6半固态铸造技术的最新发展 3.6.1镁合金半固态温度区间扰动和浇温对铸态组织的影响 AZ91HP镁合金在不锈钢坩埚电阻炉中升温至720℃保温10分进行精炼处理后，在液相线附近进行短时保温处理，可减小枝晶组织形成趋势；降低处理温度、对熔体进行扰动均加速晶粒向等轴形乃至球形发展；在半固态温度区间对熔体吹氩（Ar）处理，使熔体扰动，提高了形核率，加速了
半固态压铸件ADC12铝合金的可行性毕业论文外文翻译
文摘 研究半固态压铸件ADC12铝合金的可行性。已经确定活塞速度受壁厚和固态粒度缺陷的影响。研究表明缺陷是由缩松引起的。在实验中,采用的是半固态浆料制备半固态gas-induced(GISS)的技术。然后,液态金属被转移到压铸模具之中,模具和套筒温度分别保持在180 C和250 C结果表明,GISS制作的压铸模具松孔较小没有气泡微观结构均匀。实验结果表明并可以推论,GISS是可行的,适用于ADC12铝压铸过程。另外GISS可以改进性能比如减少孔隙度和增加组织均匀性。 关键词:ADC12铝合金;半固态压铸;气体引起的半固态(GISS); 流变铸造 第1章 在电子、航天、和建筑领域。多年来一直使用铝制部件这些部件通常使用高压压铸过程大量生产。压铸过程的优点在于实现了如生产效率高和生产小且复杂的工件压铸过程包括将铝液在高压下注入到一个模具型腔中。金属液灌到模具型腔中,导致金属反应和铸造的过程中产生气孔。因此,最终的结构部分充满气泡和氧化物夹杂。此外，压铸件通常不能进行加工,由于这些缺陷的产生要进行阳极氧化、焊接、热处理,[1-4]。来提高的压铸过程质量和性能因此在这里介绍了半固态金属技术。大量的半固态压铸的研究报道,使用半固态压铸有助于改善产品性能和提高质量的压铸零件[5-7]。半固态金属加工过程使用流变路线可以提供更高粘度的液体与更高的粘度, 能够获得更少的湍流流动,这有助于减少空气孔隙度和氧化物夹杂在模具填充[5-7]。此外,流变过程可以很容易被应用于传统的压铸模具的生产过程,只需要少量修改便可使效率提高[8]。许多研究显示成功的半固态压铸与流变过程[7-12]。然而,大多数的工作已经使用了A356,A357,ADC10铝合金。尽管ADC12现已广泛用于压铸行业,但是还没有完整的研究的半固态成形铝合金已发表。ADC12铝合金的好处是具有良好的流动性优秀的铸造性能和高机械性能。不会导致气孔缺陷,通常也不会因为在高温下进行表面热处理而引起起泡和毛孔扩张[13-14]。ADC12铝合金也因此被选中来研究半固态压铸过程。 a本研究的主要目标是其可行性 1)处理的铝合金半固态ADC12使用气体引起的半固态(GISS)技术和 2)半固态压铸的商业部分。
半固态加工成形技术及其发展现状
半固态加工成形技术及其发展现状 Semi2Solid Metal Processing Forming T echnology and Its Current Development Situation 北京航空制造工程研究所 张大辉 李志强 胡 泽 盛蔼伦 梁慧凤 北京科技大学 钟雪友 [摘要] 简述了半固态加工技术的起源和特点,重点介绍了该技术的两个重要环节———半固态合金坯料制备和零件成形工艺,综述了这种加工技术的工业化应用现状和发展前景。 关键词:半固态加工 坏料制备 成形工艺 [ABSTRACT] The origin and characteristics of semi2solid metal processing technology(SSM)are intro2 duced briefly.As two important stages of SSM semi2sol2 id billets making and parts forming are emphatically de2 scribed.The present industrialization status and the ap2 plication in future of SSM are summarized. K eyw ords:Semi2solid processing Billet making Forming process 半固态加工(Semi2Solid Manufacturing或Semi 2Solid Metal processing,SSM)起源于美国。20世纪70年代初,麻省理工学院Spencer和Flemings等人[1]发现,凝固过程中的金属材料经强力搅拌,会生成近球状晶或球状晶组织。 在液固两相区内,含有这种组织的材料具有优异的流变性和触变性,成形时流动阻力小,对之实施的加工技术称为半固态加工。 30多年的发展历程中,SSM技术在制坯、重熔加热、零件成形、组织与力学性能、加工环节数值模拟以及合金流变学研究等许多方面取得重大进展。目前,这项技术已广泛应用于汽车工业领域,在航空、航天以及国防工业领域也正处于应用的起步阶段,具有广阔的前景。 1 半固态加工技术的特点 SSM技术是一种生产效率高、近无余量精确成形技术。从变形机理分析,其变形是一个从塑性变形到超塑性变形的过程。这种技术具有如下几个特点[1～6]。 (1)应用范围广泛。凡具有固液两相区的合金均可实现半固态加工,如铝合金、镁合金、锌合金、镍合金、铜合金以及钢铁合金等。 (2)半固态加工过程中,浆料充型平稳,无湍流和喷溅。相对铸造等液态加工技术而言,加工温度较低,对模具的热冲击较小,可成形十分复杂的零件。与锻造和挤压等固态加工技术相比,变形抗力较小,可以成形一些难加工合金材料如高锰钢和高速钢的零件。 (3)SSM技术可以实现近净成形,成形件尺寸精度高,表面平整光滑。制品内部组织致密,晶粒细小,内部气孔、偏析等缺陷少,力学性能高,可接近或达到变形材料的力学性能。 (4)应用SSM技术可改善制备金属基复合材料中非金属材料的飘浮、偏析以及与金属基体不润湿等技术难题,为金属基复合材料的制备和成形提供了有利条件。 (5)采用SSM技术可进一步节约能源和资源。以生产单位质量零件为例,半固态加工与常规压铸相比,节能35%左右,省材20%～30%,加工用模具寿命延长1～2倍。 2 半固态合金坯(浆)料的制备方法 制备优质的半固态合金棒坯是SSM技术中的一个关键问题。在半固态合金棒坯制备过程中,凝固过程中合金熔体的冷却速度和搅拌力是两个重要参数,这两个参数的变化将直接影响到半固态合金坯料的质量。 在金属冷却过程中强烈搅拌使已形成的枝晶破碎,同时也抑制树枝晶的形成,可获得非枝晶的卵形或近球状结构。搅拌力的大小和搅拌均匀程度将直接影响半固态锭坯组织结构的均匀性。因此,在半固态合金坯料的制备过程中,搅拌技术是关键。 通常,半固态金属浆料的制备方法有机械搅拌法、电磁搅拌法和应变诱发熔化激活法(Strain Induced Melt Activation,SIMA)。此外,还有喷射成形法、紊流效应法和粉末法等[1～7]。 2.1 机械搅拌法 机械搅拌法是最早采用的方法,其设备构造简单,可以通过控制搅拌温度、搅拌速度和冷却速度等工艺参数,使初生树枝状晶破碎而成为近球状结构。机械搅拌装置一般分为连续式和间歇式两种类型。 连续式装置包括棒式和螺旋式。棒式装置具有金