流变铸造发展动向

1、產業評析專欄流變鑄造發展動向金屬中心 ITIS 計畫 劉文海一、前言已經商業化之半固態鑄造法中又以半固態壓鑄之應用最廣，該法係從 20世紀中葉開始，由流變鑄造觸變鑄造流變鑄造演進到21 世紀。初期由於流變鑄造的問題多，曾經消失了一段時間，因而只能靠觸變鑄造法來推廣商用化，無奈觸變鑄造原料的成本高，取得又困難，因而流變鑄造法又再度受到重視。二日本發展動向1970年代 Flemings等 人利 用機械攪 拌進 行流 變鑄 造取得成 功後，一 般認爲在凝固過程中，必 須利用機械攪拌或電磁攪拌來打碎枝晶組織，以形成球狀晶組織。最近幾年來的研究發現，不 用打碎樹枝狀組織也可以獲得細小的、近球形的半固態組

2、織。在凝固過程初期，藉由控制成核和長大過程，即將合金保持在液相線溫度附近能産生大量晶核，同 時限制晶核生長，能獲得半固態組織。日立金屬公司於 1997年開發了在液相線溫度稍高的溫度下進行低溫澆鑄的流變鑄造法，此法係利用設置於擠壓鑄造機料筒外周的攪拌電磁線圈，經濟部產業技術資訊服務推廣計劃( I n d u st r i alT e ch n o l o g yI n t el l i g en c eS e r v i c e s)產業評析專欄來攪拌澆進料筒的熔湯，使 之成為半固態後再進行射出充填。而 宇部興產機械公 司也 在 1998 年 開發 出新 流變鑄造 法（ NRC ： New Rh

3、eo-Casting），乃 先將在液相線溫度稍高的低溫熔湯澆入製備容器中作成半固態漿料，然後將漿料投入擠壓機的料筒中再進行射出充填。日本 Nano-cast Corporation和韓國 的延 世大學於 2003 年 合作 開發 了奈 米鑄造 法（ nano-cast ）， 圖 1 為奈 米鑄 造法原理 ，係 將熔湯澆 注於附有 電磁 攪拌裝置內的不鏽鋼杯中，利用急冷方式大量成核，可於 10-40 秒之極短時間內（以往之 1/10）作成半固態漿料。為了控制半固態漿料溫度，以往需 6-8個不 鏽鋼 杯，而Nanocast 僅需 一個 鋼杯；此 外 一台 設備可生 產 2-5 吋 之半 固態漿料。

4、澆斗熔湯容器攪拌部控制部驅動部圖 1奈米鑄造法原理資料來源：型技術，2005.04與過 去的半固 態壓 鑄法（ 100m 以上）相 比，奈 米鑄 造法 具 有初 晶晶經濟部產業技術資訊服務推廣計劃( I n d u st r i alT e ch n o l o g yI n t el l i g en c eS e r v i c e s)產業評析專欄的粒 徑小 （ 50m 左右 ）、 品質媲美 鍛件、操 作成本與 傳統壓鑄 相當 、可 適用於多種合金、澆注溫度範圍廣且易控制、半固態漿料固相率範圍廣、設備簡約且便宜等優點。最 近日本東北大學改良了奈米鑄造法，進行了不靠外力攪拌而利用熔湯自己攪

5、拌來生成半固態的研究開發，此 法若實用化的話，將可望以低價格進行半固態壓鑄的生產。另外 在2003年， 本田 技研 工業 公司 與 本 田Engineering公司 開發 了ASCT 法（ Advanced-Semisolid-Casting-Technology），已開 始生 產柴油引 擎用的 封閉 型汽缸體 （ closed type cylinder block）。 所謂 ASCT 法 係將 自轉 及公轉的冷卻棒浸入熔湯中以使初晶發生晶出並測定黏度，當達到設定的固相率之後，再將漿料投入壓鑄機的料筒中進行壓鑄的方法。三歐美發展動向2000年由 麻省理工 學院的 Flemings等提出 新

6、MIT技術 ， 由於 其設備簡單，操作方便，這項技術在流變鑄造中得到應用。2002年美國的Idraprince公司結合 其壓 鑄機與新 MIT技術 開 發了 SSR 法（ Semi-Solid-Rheocasting ） 。 SSR 法的原 理參見圖 2， 係將 容器 內合金保 持在 液相 線溫 度以上幾度範圍內，將一個帶有冷卻作用的銅製攪拌器伸入到熔湯內進行短時間攪拌，使合金溫度降低到液相線溫度，熔融合金內只有幾個固相百分率。取出攪拌器，將合金靜止在半固態區間，進行短時間緩慢冷卻或保持在絕熱狀態，然後將合金冷卻到指定成形溫度。在液相線溫度附近的攪拌冷卻會使熔湯內産生大量晶核，進而形成微細的半

7、固態漿料。經濟部產業技術資訊服務推廣計劃( I n d u st r i alT e ch n o l o g yI n t el l i g en c eS e r v i c e s)產業評析專欄液相線圖 2SSR 法原理資料來源：Idraprince四結語在半固態成形法中發展最為實用化的就屬半固態壓鑄，半固態壓鑄具有：鑄件孔洞缺陷少、事前對組織有所控制因而組織均勻、低溫澆注因而模具壽命提高、鑄造毛邊發生少等優點，利用到這些優點的可能市場如：因應環境的次世代冷媒之空調高壓氣密零件、因應輕量化的汽車懸吊與車架等市場的擴大是可以預期的。甚至像奈米壓鑄法這種可以應用於多種材質的方法，在要求高強度、耐磨耗性的汽缸體方面也是可預期的。另外，雖然半固態壓鑄是基於低速充填的概念來思考，但不要受其拘泥，活 用半固態壓鑄特徵中的良好模具壽命與無鑄造毛邊優點，而進行高速射出充填的話，則攻佔整個壓鑄市場也是可能的，最近鐵系與鋼系的半固態壓鑄也快要實用化了。經濟部產業技術資訊服務推廣計劃( I n d u st r i alT e ch n o l o g yI n t el l i