液固一体化成形技术全册复习教学课件.ppt

什么是液固一体化成形 采用液态金属 借助于加压设备及装置 使其在压力下发生凝固与变形 从而得到高性能制件 该技术融合了金属液态成形 如铸造 与固态压力成形 如锻造 的优点 在产品质量 生产成本及低能耗等方面都显示出很大优势 由于涉及材料热物理性质 压力下液固相变和塑形变形等诸多方面 其理论和技术不同于传统的铸造 锻造和挤压等方法 液固一体化成形工艺特点 液固成形被公认为是颇具发展前景的节能降耗新技术 其主要特点如下 1 金属在压力下结晶凝固 可以消除其内部缺陷 改善材料性能 2 金属在半固态产生塑性变形 可以细化晶粒 诱导纤维定向分布 从而提高制件性能 3 金属在液固态时成形 变形力远小于热加工 能耗小 有利于节能减排 4 可由液态金属一次成形管 棒 板 型材类制件 无需二次变形 成本低 适应性广 第2章液态模锻 2 2工艺及设备 1 把适量的金属液浇入预热的凹模型腔中 其中凹模固定在压力机平台上 一些金属液在加压前已开始冷却 一 工艺过程 2 上模接着下行进入凹模与金属液接触 上模继续下行 直到压力达到所需要的值 为了避免金属液在模具中提取凝固 应使从浇注金属液到加压的时间间隔为最小 3 金属液在上模保压的条件下结晶凝固 从而使金属内部非常致密 4 上模回复到原来的位置 卸料 2 4特点及应用范围 一 特点 1 成型时液态金属受压 压力下完成结晶凝固 补缩好 致密 2 已凝固的金属在压力下发生塑性变形 具有热变形组织 晶粒细小 组织均匀 同时压力使工件外侧紧贴模膛 工件尺寸 形状准确 3 与压力铸造相比较 液体充填平稳 不易卷气形成气孔缺陷 4 与普通热模锻相比 金属液的流动性远大于固体金属 充填模腔的性能较好 能够用一副模具一次形成比较复杂的形状 2 5液态模锻工艺参数 1 冶炼质量由于液态模锻 除平冲头间接液态模锻外 无浇 冒口系统 无排渣 集渣和镇静能力 浇入的液态金属几乎全都用于制件本身 从这一意义讲 液态模锻对金属液质量的要求比普通铸造工艺要严格得多 2 浇注温度浇注温度是指开始浇注时合金在坩埚内的加热温度 对液态模锻成形质量及模具寿命有较大影响 浇注温度过高会降低模具使用寿命 导致压制时金属液飞溅 形成严重飞边或毛刺 同时也会增大液态金属的吸气量和氧化现象 影响制件质量 但浇注温度过低 金属液与模壁接触后很快凝固形成厚的硬壳 即使在较大压力下也很难消除内部缺陷 对于薄壁件尤为严重 选择浇注温度的主要依据是合金相图 对于凝固范围窄的合金 可选择较大的过热度 此类合金凝固速度快 与模壁接触后很快形成硬壳 对壁薄 热容量小的零件 过热度也应稍大一些 同时 浇注温度还与浇注金属的总量有关 浇注金属量大时 总的热容量较大 因此浇注温度可以适当低一些 2 模具温度模具温度对制件质量和模具寿命也有较大影响 模具温度过高 会加剧模具热疲劳 逐渐形成龟裂 或烧伤模具内表面 降低使用寿命 同时 制件与凹模的粘着力增大 脱模困难 甚至可能出现 粘焊 现象 导致制件表面产生疱痕 影响其表面质量 模具温度过低 金属液浇入后迅速冷却凝固 形成内外冷隔或较厚的硬壳层 阻碍液态模锻过程的顺利进行 从而影响制件内部质量和表面粗糙度 模具温度的高低还取决于制件的复杂程度和尺寸大小 模具温度一般低于液态金属的浇注温度 依据液态模锻合金的不同而有所差别 铝合金液态模锻 浇注温度为690 720 模具温度一般为200 300 铜合金 浇注温度为680 1150 模具温度一般为250 350 普通碳素钢 浇注温度约为1520 模具温度一般为250 350 不锈钢 浇注温度约为1600 模具温度一般为300 350 3 加压前停留时间加压前停留时间是指金属液从浇注完毕至施压开始时在模膛内的停留时间 该参数对制件的成形质量至关重要 特别是对于薄壁件 实际上 该参数可以对浇注温度和模具温度起相应的调节作用 浇注温度和模具温度都较高时 加压前停留时间可长一些 若浇注温度较低 则必须尽快施压 加压过早 有可能使金属液挤入凸 凹模间隙中 造成喷溅 还可能挤入模芯与芯子的配合处 造成脱芯困难 甚至会损坏模具 加压前停留时间过长 则会使成形力急剧增大 甚至难以成形 4 比压比压是指施加在制件单位面积上的平均压力 是液态模锻的关键参数 临界比压值是完全消除铸造缺陷的最低比压值 比压值过小 达不到强制补缩 强化性能的目的 比压值过大 会增加能耗 降低模具寿命 比压值的选取受成形材料 模具温度 浇注温度 工件尺寸 形状 零件壁厚等因素的影响 如纯金属和共晶成分合金凝固范围窄 沿模具内壁易形成管状凝固层 塑性变形的阻力较大 所需比压值较铝 镁等其他合金大 实际生产中 通常采用经验公式进行估算 压力对合金物理参数的影响 合金的熔点 导热率 密度 结晶潜热 Q熔 单位质量金属的熔化潜热 J kg 2 液锻过程压力的作用 液态模锻工艺基础 1 对熔点的影响 压力与合金熔点之间有如下的近似关系 凝固时体积收缩的合金 如铝 铁 铜 铝 硅等 随压力增加 熔点 凝固点 升高 在其它条件不变时 加大压力可使过冷度增大 加速结晶的进程 液态模锻工艺基础 凝固时体积膨胀合金 如铋 硅 锑等 压力的作用刚好相反 压力下结晶凝固的合金 其组织致密 原子间的平均距离缩短 导热率提高 以纯铜锭为例 大气压力下凝固时 其导热率为326 335W m K 在150MPa压力下凝固时 其导热率为352 356W m K 提高约6 2 对导热率的影响 实验指出 在一定范围内 压力的增加对密度有明显的提高 压力增大 密度增加 在某一压力下达到最大值 继续增加压力 会使金属内部位错增加 其密度反而下降 液态模锻工艺基础 3 对密度的影响 液态金属的结晶与临界晶核尺寸 形核率 形核功 过冷度及晶粒数有关 凝固时体积收缩合金 增加压力使临界晶核尺寸和形核功减小 有助于晶核生成 压力提高过冷度 有利于成核率 压力还可以破碎长大的枝晶 使其脱落形成新晶核 细化晶粒 凝固时体积膨胀合金 相反 液态模锻工艺基础 4 压力对合金结晶过程的影响 压力使合金液凝固过程十分迅速 合金液的元素来不及分解 扩散 偏析现象大为减少 尤其是比重偏析 实践中发现 在液锻件厚大部位的中心处常常发现低熔点共晶富集 异常偏析 液态模锻工艺基础 5 压力对偏析的影响 压力可增加气体在合金液中的溶解度 并可阻止合金液的气体析出 防止液锻件产生气孔 针孔等 液态模锻工艺基础 6 压力对气体析出的影响 7 压力对尺寸精度和表面粗糙度的影响 足够的压力使液锻件紧密贴模 尺寸精度高 表面光洁 液态挤压 液态挤压成形工艺融合了液态模锻 热挤压等工艺的优点 是一种全新的成形方法 它不同于液态模锻之处在于模腔不封闭 可产生大塑性变形 不同于热挤压之处在于加工对象是液态金属 成形力低 该工艺具有压力下结晶和大塑性变形的双重强韧化作用 使材料性能得到大幅度提高 由液态金属直接成形管 棒 型材的关键在于适当控制工艺参数 使其满足以下要求 1 加压前液态金属不流出模具 2 挤出成形在液固态下进行 且挤压筒内的液态金属始终能保持等静压状态 3 采用芯轴结构时需保证冲头能沿芯轴自由运动 且液态金属不会挤入二者间隙中 4 芯轴安放要能承受较大拉力 什么是铸轧 双辊铸轧工艺是把熔融金属通过铸嘴浇入铸轧辊之间 在辊缝中完成浇铸 冷却 结晶 凝固 轧制和出坯这一系列的工艺过程 该技术的特点是金属凝固和轧制变形同时进行 液态金属在结晶凝固的同时承受压力加工和塑性变形 在很短时间内完成从液态金属到固态薄带的全部过程 铸轧区长度的确定铸轧区长度通常分为三个区域 分别为冷凝区 结晶区和变形区 铸轧区总长为三者之和 L l1 l2 l3 直接将金属熔体 轧制 成半成品带坯或成品带材的工艺称为连续铸轧 这种工艺的显著特点使其结晶器为两个带水冷却系统的旋转铸轧棍 熔体在辊缝间完成凝固和热轧两个过程 而且是在很短的时间内 4 喷射锻造 喷射锻造也是Osprey金属有限公司早期发展起来的一种喷射沉积工艺 雾化金属液滴喷射流直