半固态金属铸造工艺

半固态金属铸造工艺概述1971D.B.SpencerM.C.Flemings〔stircast〕工艺，即用旋转双桶机械搅拌法制备出Sr15%Pb属〔SSM〕20组织合金或称局部凝固铸造合金〔PartiallySolidifiedCastingAlloys〕。由于承受该的应用外，开头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，渐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60020237kg广泛。半固态金属铸造工艺被认为是21世纪最具进展前途的近净成形和材料制备技术之一。工艺原理0.2一般铸造成形时易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而保存分散的颗粒状组织形态0.5-0.6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。合金制备〔SIMA〕、喷射沉积法〔Spray〕、把握合金浇注温度法等。其中，电磁搅拌法、把握合金浇注温度法和SIMA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。后人又对搅拌器进展了ZA-22力学性能。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，如进展挤压、滚压等热加工制时间，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个冷加工阶段，工艺就更易把握。SIMA技术适用于各种高、低熔点的合金系列，尤其对制20um左右的非枝晶组织合金，正成为一种有竞争力的制备半固态成形原材料的方法。但是，它的最大缺点是制备的坯料尺寸较小。近几年开发的方法近几年来，东南大学及日本的Aresty争辩所觉察，通过把握合金的浇注温度，初生枝晶组织可转变为球粒状组织V.Dobatkin11成形方法半固态合金成形方法很多，主要有：流变铸造〔Rheoforming,Rheocast〕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。触变铸造〔Thixoforming,Thixocast〕将已制备的非枝晶组织锭坯重加热到固液两相区到达适宜粘度后331坯料2软度指示计3坯料重加热装置4压射室5压铸模美国的EOPCO、HPMCorp.、PrinceMachine、THTPressesBuhler意大利的IDRAUSA、ItalpresseofAmericaProducerUSA、日本的ToshibaMachineCorpUBEMachineryServices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。射铸成形〔InjectionMolding〕〔而不是处理后半固态浆液半固态铸造。美国康奈尔大学的K.K.Wang教授等人研制出类似的镁合金射铸成形装置，将半固态浆液从料管参与，经适当冷却后压射入型腔。低温连铸所谓低温连铸就是把握金属液的过热度在0℃方法，如图4所示。中心偏析是连铸中的大问题，且在连轧线材时可能会发生破断。因此，该工艺有很大意义。4〔CRM〕连续铸造示意图带材连铸FlemingsSn-15%Pb了分析。认为，带材厚度与轧辊的压力、固相率、流变剪切速度以及连铸速度有关。当挤压、初晶形态尺寸及排放金属量等半固态金属制造的工艺参数。对高熔点金属如磷青铜Cu-Sn-P〔Cu-8%Sn-0.1%P〕，液相线温度1030℃，难以热加速工具钢铸锭。技术优势半固态压铸工艺的优点可归纳为工艺优势和产品优势。工艺优势不需加任何晶粒细化剂即可获得细晶粒组织，消退了传统铸造中的柱状晶和粗大树枝晶。成形温度低〔如铝合金可降低12℃以上，可节约能源。模具寿命延长。因较低温度的半固态浆料成形时的剪切应力，比传统的枝晶浆料小三个数量级，故充型平稳、热负荷小，热疲乏强度下降。削减污染和担忧全因素。因作业时摆脱了高温液态金属环境。变形阻力小，承受较小的力就可实现均质加工，对难加工材料的成形简洁。凝固速度加快，生产率提高，工艺周期缩短。适于承受计算机关心设计和制造，提高了生产的自动化程度。产品优势铸件质量高。因晶粒细化、组织分布均匀、体收缩削减、热裂倾向下降，基体上消退了缩松倾向，力学性能大幅度提高。凝固收缩小，故成形后尺寸精度高，加工余量小，近净成形。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。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，制成的复合材料。半固态铸造技术的最进展镁合金半固态温度区间扰动和浇温对铸态组织的影响AZ91HP720℃保温10分进展精炼处理后，在液加速晶粒向等轴形乃至球形进展；在半固态温度区间对熔体吹氩〔Ar〕处理，使熔体扰动，βα高了镁合金半固态铸件的力学性能〔202352：120-12。先进的半固态合金的制浆方法5倾斜板法制备半固态浆料装置6高铬白口铸铁球状奥氏体半固态浆料组织在已提出的先进的制浆方法中，倾斜板技术的原理和设备简洁、工艺易控、本钱较低。图5为承受倾斜板法制备半固态亚共晶高铬白口铸铁半固态浆料装置作用下，奥氏体以非均匀方式大量形核长大、枝晶熔断、折断、裂开进而细化，形成球状奥氏体，图6为其球状奥氏体半固态浆料组织形貌〔202355156-15。Al-6Si-2Mg7半固态触变成形压铸Al-6Si-2Mg铝合金水泵盖及其微观组织Al-6Si-2Mg铝合金，液相线温度615557℃，具有优良的触变成形工艺性能。棒坯承受热顶法，电磁搅拌垂直半连续铸造，直径为60～70mm；坯料在中频感应设500560℃后，进一步降低加热功率，在芯部到达5752800KN