东北大液固一体化成形技术课件05半固态金属成形

第五章

半固态金属成形1、绪论1.1半固态金属加工技术的出现和概念半固态加工的起源

20世纪70年代初的美国麻省理工学院

DavidSpencerMertonFleming半固态金属加工技术的出现和概念枝晶半固态半固态金属的特点半固态金属的内部结构高固相分数低固相分数在高固相分数时，液相成分仅限于部分晶界。在低固相分数时，因相颗粒游离在液相成分之中。半固态金属加工技术的出现和概念半固态加工技术(Semi-SolidMetalforming)，简称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，就称为半固态金属加工技术。

半固态的金属学和力学特点（1）由于固液共存，在两者界面熔化、凝固不断发生，产生活跃的扩散现象。因此溶质元素的局部浓度不断变化；（2）由于晶粒间或固相粒子间夹有液相成分，固相粒子间几乎没有结合力，因此，其宏观流动变形抗力很低；（3）随着固相分数的降低，呈现黏性流体特性，在微小外力作用下即可很容易变形流动；（4）当固相分数在极限值（约75％）以下时，浆料可以进行搅拌，并可很容易混入异种材料的粉末、纤维等；(5)由于固相粒子间几乎无结合力，在特定部位虽然容易分离，但由于液相成分的存在，又可很容易地将分离的部位连接形成一体化而且与一般固态金属材料也容易形成很好的结合；半固态金属的金属学和力学特点半固态金属的分离(a)分离(b)结合(6)即使是含有陶瓷颗粒、纤维等难加工性材料，也可通过半熔融状态在低加工力下进行成形加工；

(7)当施加外力时，液相成分和固相成分存在分别流动的情况，一般情况下，存在液相成分先行流动的倾向或可能性；半固态金属的金属学和力学特点半固态金属变形时液相成分和固相成分的流动（1）粘度比液态金属高，容易控制：模具夹带的气体少，减少氧化、改善加工性，减少模具粘接，可进行更高速的部件成形，改善表面光洁度，易实现自动化和形成新加工工艺；（2）流动应力比固态金属低：半固态浆料具有流变性和触变性，变形抗力非常小，可以更高的速度成形部件，而且可进行复杂件成形，缩短加工周期，提高材料利用率，有利于节能节材，并可进行连续形状的高速成形(如挤压)，加工成本低；（3）应用范围广：凡具有固液两相区的合金均可实现半固态加工。可适用于多种加工工艺，如铸造、轧制、挤压和锻压等，并可进行材料的复合及成形。半固态金属的加工特点1.2半固态加工的基本工艺和办法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因相的固-液浆料(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，按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，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-solidformingorprocesingofmetals)，目前在国际上，通常将半固态加工简称为SSM(semi-solidmetallurgy)。1.2半固态加工的基本方法半固态坯料制备二次加热触变成形合金原料设计、配制加热、熔炼搅拌(机械或电磁等)半固态浆料流变压铸成形其他流变成形部件毛坯经加热熔炼的合金原料液体通过机械搅拌、电磁搅拌或其他复合搅拌，在结晶凝固过程中形成半固态浆料。流变成形触变成形1.3半固态加工的研究及发展国外研究状况

20世纪70年代初期，美国麻省理工学院的M.C.Flemings教授和DavidSpencer博士提出了半固态加工技术，由于该技本采用了非枝晶半固态浆料，打破了传统的枝晶凝固模式，具有许多独特的优点，因此关于半固态金属成形的理论和技术研究引起各国研究者的高度重视，半固态加工的产品及应用也随之得到迅速的发展。国外研究状况

20世纪80年代后期以来，半固态加工技术已得到了各国科技工作者的普遍承认，目前已经针对这种技术开展了许多工艺实验和一些理论研究。根据所研究的材料，可分为有色金属及其合金的低熔点材料半固态加工和钢铁材料等高熔点黑色金属材料半固态加工。（1）有色金属及其合金的

低熔点材料半固态成形研究

20世纪70年代以来，美国、日本等国针对铝、镁、铅、铜等的合金进行了研究，其重点主要放在成形工艺的开发上。目前，国外进入工业应用的半固态金属主要是铝、镁合金，这些合金最成功的应用主要集中在汽车领域，如半固态模锻铝合金制动总泵体、挂架、汽缸头、轮载、压缩机活塞等。铝合金半固态加工技术（触变成形）已经成熟并进入规模生产，主要应用于汽车、电器、航空航天领域。美国的Alumax公司1997年的两座半固态铝合金成形汽车零件生产工厂的生产能力分别达到每年5000万件。意大利的StampalSPA和FiatAuto公司生产的半固态铝合金汽车零件重达7kg，而且形状很复杂；意大利的MM公司（MagnetiMarelli）为汽车公司生产半固态铝合金成形零件，在2000年达到日产7500件。瑞士的Bubler公司已经生产出铝合金半固态触变成形的专用SC型压铸机（实时压射控制和单一压射缸）和铝合金半固态坯料的专用二次加热设备。日本的SpeedStarWheel公司已经利用半固态金属成形技术生产铝合金轮载（重约5Kg）。与铝合金半固态成形比较，镁合金的半固态成形技术发展较晚，成熟的技术只有Thixomolding技术。1995年，美国的Thixomat公司的子公司—Linderg公司利用Thixomolding工艺，为一些汽车公司生产了50余万件的半固态镁合金铸件。日本的一些公司利用Thixomolding工艺制造移动通讯手机外壳、微型便携式计算机外壳等。但Thixomolding工艺必须要求提供合适的镁合金屑，这就使得该技术比较复杂、生产成本比较高。近年，英国布鲁诺（Brunel）大学研制出低熔点合金双螺旋半固态流变成形机，目前正在向产业化方向发展。半固态研究加工实验浆料的制备：机械搅拌法；单辊旋转法；电磁搅拌法；超声振动法；直流脉冲法。成形工艺：压铸成形；模锻成形；注射成形；连铸成形。理论研究工艺的实现、组织性能；浆料固相分数的控制与测定、输送、工艺参数（变形抗力、成形线速度、铸型温度）对试样表明质量、内部成分和组织分布规律的影响。纤维和颗粒增强、与陶瓷的复合材料研究；凝固模型的建立和理论模型。（2）高熔点黑色金属的半固态成形研究

采用半固态加工方法所研究的高熔点材料涉及D2、HS6-5-2高速工具钢、100Cr6钢、60Si2Mn弹簧钢、AISI304不锈钢、C80工具钢、铸铁等钢铁材料；固态加工方法涉及触变锻压、挤压、铸造和直接流变轧制及喷铸成形等。高熔点黑色金属半固态加工进展缓慢

选择的材料液固线温度区间较小；高温半固态浆料难以连续稳定地制备；熔体的温度、固相的比率和分布难以准确控制；浆料在高温下输送和保温困难；成形温度高，工具材料的高温性能难以保证等。20世纪70年代后期陆续开展了半固态金属成形技术的研究，但这些尝试大都利用机械搅拌法进行流变铸造或触变铸法研究。中科院金属研究所是国内最早开展半固态加工研究的单位之一，较早进行了“铝合金半固态铸造”等的研究，自行设计制造了“半固态浆料制备设备”，研究了“半固态组织在凝固过程中析出规律”等等，研制了“半固态压铸刹车器活塞毛坯直接连续成形”，“石墨铝合金复合材料细纱锭盘”等。国内研究状况国内研究状况20世纪80年代中期，我国研究者大多转向半固态制备复合材料和个别通用牌号材料的流变特性的研究，取得了一些成果，如有的研究者利用晶粒细化首先获得细小技晶的ZA12合金锭坯。20世纪90年代以后，一批研究院所和大学在有色金属及其合金等低熔点材料半固态加工和钢铁等高熔点材料的半固态加工方面开展了较广泛的研究。近几年，我国的研究者在国家自然科学基金、国家“863”、“973”等计划的支持下，已经在铝合金半固态加工技术开发和应用方面具备了较好的基础。对铝合金半固态加工的基本关键技术，包括半固态材料制备技术、二次加热技术和半固态压铸技术等方面，具备了向产业化转化的技术基础。北京科技大学和中科院金属所等单位合作在国家自然科学基金的支持下开展了钢铁材料半固态直接成形基础研究，在铸铁、弹簧钢、不锈钢和高碳钢等高熔点材料的半固态坯料制备、半固态喷铸成形和直接轧制等方面进行了较深入研究，并取得了阶段性成果。北京有色金属研究总院在国家“863”计划和院科研基金的支持下对铝合金半固态加工技术的研究和应用上取得了很大进展，通过与东风汽车公司合作，采用半固态压铸技术在生产现场实现了汽车空压机连杆和空调器涡轮两种汽车零件的批量生产。近年来，国内的一些大学在半固态合金的流变和触变行为、针对铝合金。镁合金的半固态金属加工技术、成形过程的计算机模拟等基础理论研究方面开展了卓有成效的工作。2半固态金属的组织特性

形成机理与力学行为2.1非枝晶的形成与演化2.2铝合金的半固态凝固组织及其影响因素2.3铸铁及钢的半固态凝固组织及影响因素2.4半固态金属的力学行为2.1非枝晶的形成与演化

与常规铸造方法形成的枝晶组织不同，利用流变铸造方法生产的半固态金属具有独特的非枝晶、近似球形的显微结构。金属凝固的形核金属凝固的形核在过冷液体中形成固态晶核时，有两种方式：均质形核和异质形核在实际合金熔体中，总是存在一些微小的固相质点或先形成的杂质质点，如氧化物，含锆化合物等。这些固相质点与熔体接触，同时熔体还与容器壁相接触，晶坯容易依附它们的表面上形核，即异质形核。异质形核可以在较小的过冷度下进行。

不管是均质形核还是异质形核，当过冷度→0时，形核率→0；当过冷度增大时，形核率增加。异质形核速率还与润湿角因子有关，当润湿角→0o，形核率→1025；当→180o，形核率接近均质形核速率。晶核长大

界面前沿为正的温度梯度情况下，合金凝固时因在固/液界面前沿有溶质排出（k0<1），固相生长除了受传热影响外，还受溶质扩散影响，溶质的扩散往往对界面的形貌起主要控制作用。因此，溶质扩散和分布情况的不同，导致界面形貌的多样性。众所周知，凝固过程中常常出现结构起伏、能量起伏和成分起伏。如果不存在成分过冷，界面一旦出现小的凸起，由于温度梯度为正，小的凸起很快被熔化，使得界面保持稳定。当出现成分过冷时，一旦出现小的凸起，凸起会沿着过冷增加的方向长大，从而破坏界面，从而晶核长大成树枝晶。成分过冷的出现与否，对晶粒形态具有重要影响。金属学原理给出了有对流存在情况下成分过冷的判别式：式中GL为界面前沿温度梯度，V为凝固速度，k0为溶质分配系数，mL为液相线斜率，DL为溶质在液相的扩散系数，C0为合金原始浓度，δ为边界层厚度。

(a)凝固初期（b）网状枝节常规铸造方法凝固示意图

搅拌对形核的影响搅拌产生强制对流，使得温度场非常均匀，并在液穴内形成过冷。当过热熔体浇到液穴时，熔体立即进入到过冷状态，根据以上分析可知，大的过冷使形核率提高，有利于获得均匀细小的晶粒组织。液态金属中原子团簇处于亚稳定状态，不断地进行热运动，具有一定的初动能，在小的过冷度下，必然与高熔点相和容器壁发生碰撞，某些位向合适的碰撞必然会因为良好的“润湿”效果而产生晶核。结晶开始时，搅拌促进了晶核的产生。此时晶核是以枝晶生长的。随着温度的下降，虽然晶粒仍然是以技晶生长方式生长，但是由于搅拌的作用，造成晶粒之间互相磨损、剪切以及液体对晶粒剧烈冲刷，这样，枝晶臂被打断，形成了更多的细小晶粒，其自身结构也逐渐向蔷薇形结构演化。随着温度的继续下降，最终使得这种蔷薇形结构演化成更简单的球形结构。

非枝晶的形成球形结构的最终形成要靠足够的冷却速度和足够高的剪切速率，同时这是一个不可逆的结构演化过程，即一旦球形的结构生成了，只要在液固区，无论怎样升降合金的温度（但不能让合金完全熔化），它也不会变成枝晶。半固态浆料搅动时的组织演变受很多因素影响，半固态浆料的温度、固相分数和剪切速率是三个基本因素。非枝晶的形成半固态铸造与常规铸造的组织比较（左）Sn-15％Pb合金的球形晶粒；（右）Al-6.6％Si合金的常规铸造组织关于有色金属半固态组织的演变机制，

主要有以下几种机理:(1)枝晶臂根部断裂机制因剪切力的作用使枝晶臂在根部断裂。最初形成的树枝晶是无位错和切口的理想晶体，很难依靠沿着自由浮动的枝晶臂的速度梯度方向产生的力来折断。因此，必须加强力搅拌，在剪切力作用下从根部折断。(a)未变形枝晶(b)枝晶弯曲(c)晶界形成(d)晶界被润湿枝晶臂发生熔断示意图(2)枝晶臂根部熔断机制晶体在表面积减小的正常长大过程中，枝晶臂由于受到流体的快速扩散、温度涨落引起的热振动及在根部产生应力的作用，有利于熔断，同时固相中根部熔质含量较高,也降低熔点，促进此机制的作用。(a)初始枝晶碎片(b)枝晶生长(c)蔷薇形晶粒(d)长大了的蔷薇形晶粒(e)球形晶粒（3）枝晶臂弯曲机制此机制认为，位错的产生并累积导致塑性变形。在两相区，位错间发生攀移并结合成晶界，当相邻晶粒的倾角超过20°时，界面能超过固液界面能的两倍，液相将侵入晶界并迅速渗入，从而使枝晶臂从主干分离。(4)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凝固温度，再由于成分过冷，熔体中存有大量的有效形核质点，在适宜条件下能以非均匀形核的方式形成大量晶核，而混合对流引起的晶粒漂移又极大的增大了形核率。然而在长大过程中，强烈的混合对流则极大的改善了熔体中的传热和传质过程，对晶体的生长起到了强烈的抑制作用。由于混合对流作用，使得熔体的温度和成分相对均匀。所谓的混合—抑制机制正是指这种环境不利于择优生长，或者说这种生长方式受到了强烈地抑制，而只能选择各个方向长大，于是获得了球状的非枝晶组织。

机械搅拌后，初生相由树枝晶转变成球状；搅拌速度降低，蔷薇状初生相增加。2.2铝/镁合金的半固态凝固组织

及其影响因素AlCu20合金共晶反应前的淬火组织(a)未搅拌(b)搅拌速率1000r/min(c)搅拌速度750r/minabc机械搅拌机械搅拌AZ91D镁合金的显微组织（a）未搅拌的铸态组织（b）机械搅拌组织（a）冷却速度1℃/min，剪切速度94.7/s（b）冷却速度5℃/min，剪切速度94.7/s

低冷却速度下的初生α-Mg比高冷却速度下的要粗大，但初生α-Mg颗粒的形态要圆整。影响半固态金属浆料中初生固相大小的主要因素是凝固时的冷却速度，冷却速度越大，初生固相的尺寸就越小。冷却速度过快，初生相的形貌不太完整，冷却速度慢，形貌比较完整。AlCu24合金初生固相大小与搅拌速度之间的关系AlMg10合金的半固态组织剪切速度200s-1，冷却速度1.5℃/min，搅拌时间：a)3minb)5min

搅拌时间的增加，初生相α-Al形貌更加完整，组织中蔷薇状初生α-Al的尺寸明显减小。3.金属半固态的制备方法

金属半固态浆料或坯料的制备是半固态成形加工的基础，目前半固态浆料或坯料的制备方法很多，但常用的方法主要是机械搅拌法和电磁搅拌法。1.机械搅拌法

机械旋转的叶片或搅拌棒改变凝固中的金属初晶的生长与演化，以获得球状或类球状的初生固相的半固态金属流变浆料。机械搅拌法分为非连续机械搅拌法和连续机械搅拌法。

(a)间歇式(b)连续式

半固态机械搅拌装置示意图机械搅拌法的特点可以获得很高的剪切速率，有利于形成细小的球形微观结构。装置比较笨重、操作困难、生产率低、固相率只能限制在30%-60%的范围内。可能污染浆料。2.

电磁搅拌法

电磁搅拌法是利用感应线圈产生的平行于或者垂直于铸形方向的强磁场对处于液－固相线之间的金属液形成强烈的搅拌作用，产生剧烈的流动，使金属凝固析出的枝晶充分破碎并球化，进行半固态浆料或坯料的制备。该方法不污染金属液，金属浆料纯净，不卷入气体，可以连续生产流变浆料或连铸锭坯，产量可以很大。影响电磁搅拌效果的因素有搅拌功率、搅拌时间、冷却速度、金属液温度、浇注速度等。由于加工过程的局限性，通常认为，直径大于150mm(6英寸)的铸坯不宜采用电磁搅拌法生产。电磁搅拌原理示意图在交变磁场的作用下，液体金属中感应出感生电流，它与磁场相互作用产生的电磁力使金属液旋转。

金属熔体所受的电磁力F与金属熔体的感应电流密度I和旋转磁场的磁感应强度B有如下的关系：

F=I×B式中:F一金属熔体所受的电磁力；

I—金属熔体的感应电流密度；

B—旋转磁场的磁感应强度。电磁搅拌电磁搅拌垂直半连续铸造示意图1.中间包底口2.结晶器引流口3.水室隔墙4.冷却水室5.结晶器陶瓷内衬6.结晶器外壁7.坯料的固液前沿8.搅拌器9.坯料10.引锭底托11.引锭杆12.引锭机13.引锭丝杠

电磁搅拌是工业制备铝合金半固态坯料的主要工艺方法，与连铸相结合进行高效率坯料连续制备。

(a)垂直搅拌式(b)水平搅动式(c)螺旋搅动式

电磁搅拌制备半固态坯料的三种搅拌方式示意图

带内部转子的电磁流变铸造示意图半固态浆料复合电磁搅拌连续制备技术示意图电磁搅拌水平电磁搅拌连续铸造示意图1.拉拨机构2.坯料3.搅拌绕组4.冷却水阀5.搅拌控制器6.流量控制器7.浇口盆8.中间包9.熔化炉10.导流管11.陶瓷环12.冷却水箱13.结晶器金属熔体的感应电流密度的大小可用下式表示：

I＝λ（v×B）电磁搅拌式中：I—金属熔体的感应电流密度；

v—旋转磁场相对于金属熔体的运动速度；

B—旋转磁场的磁感应强度；

λ—金属熔体的电导率。

影响金属熔体搅拌强度的主要因素有旋转磁场的磁感应强度、旋转磁场与金属熔体的相对速度、金属熔体电导率。电磁搅拌功率

随着搅拌功率的提高，初生α-Al由枝晶向球状晶过渡，并逐步变得理想。AlSi6Cu3Mg合金电磁搅拌组织电磁搅拌连铸速度（a）3mm/s（b）3mm/s（c）4mm/s（d）5mm/sabbc电磁搅拌功率对半固态AZ91D镁合金显微组织的影响

搅拌频率200Hz，搅拌功率(a)0.5Kw(b)1.0Kw(c)2.0Kw电源频率对半固态AZ91D镁合金组织的影响搅拌功率2kW，频率(a)20Hz(b)30Hz(c)50Hz(d)150Hz

磁感应强度在金属熔体中随渗透深度的增加而衰减的情况由集肤深度来表征：

其中σ和μ分别为熔体的电导率和相对磁导率，f为电磁场频率。不同频率下熔体与结晶器内磁感应强度分布情况(1)不接触性。借助电磁感应实现能量的无接触转换，因而不与金属熔体接触就能将电磁能直接转换成金属熔液的动能。

(2)可控制性。由于感应器激发的磁场，无论是交变磁场或是恒定磁场都可以人为控制，进而电磁力可以人为控制，因此可以人为地控制金属熔液的流动形态。其他参数也易于调节，且调节范围较宽．可以适合不同断面和金属熔体的需要。

(3)低效率性。由于电磁气隙大，漏磁严重，感应器激发的磁场只有极小部分到达铸坯内的金属熔液中对熔液起搅拌作用，因此搅拌器的效率相功率因数远比电动机低。3.应变诱导熔化激活法strain-inducedmeltactivationprocess，SIMA。

利用传统连铸方法预先连续铸造出晶粒细小的金属锭坯，将该金属锭坯在回复再结晶的温度范围内进行大变形量的热态挤压变形，通过变形破碎铸态组织，然后再对热态挤压变形过的坯料加以少量的冷变形，在坯料的组织中储存部分变形能量，最后按需要将经过变形的金属锭坯切成一定大小，迅速其加热到固液两相区并适当保温，即可获得具有触变性的球状半固态坯料。4.液态异步轧挤法

液态异步轧挤法实质是剪切-冷却-轧制(shearing-coolin-rolling)，简称SCR法，其工艺原理是：利用一个机械旋转的辊轮把静止的弧状结晶壁上生长的初晶不断碾下、破碎,并与剩余的液体一起混合，形成流变金属浆料，是一种高效制备半固态坯料的方法。转轮式制浆装置5.超声振动法

超声振动法制备半固态金属浆料的基本原理是：利用超声机械振动波扰动金属的凝固过程，细化金属晶粒，获得球状初晶的金属浆料。超声振动波作用于金属熔体的方法一般有两种，一种是将振动器的一面作用在模具上，模具再将振动直接作用在金属熔体上，但更多的是振动器的一面直接作用于金属熔体。试验证明，对合金液施加超声振动，不仅可以获得球状晶粒，还可以使合金的晶粒直径减小，获得非枝晶坯料。超声波振动半固态浆料制备原理示意图6.喷射铸造法喷射铸造法喷射铸造(Osprey)是另外一种非搅拌坯料制备技术。先用高压气体将液态金属流雾化成微米级液滴，其中一些大微滴在雾化过程仍然保持液态，而一些小微滴在雾化过程中发生快速凝固。在移动基底上收集这些微滴的过程中，具有高液相分数的液态和半固态微滴与具有高固相分数的固态和半固态微滴相互冲击，经历重熔和再凝固，可获得具有球状组织的半固态浆料。喷射成形原理7.粉末压制法

由英国Surrey大学T.W.Clyne等人发明的基于粉末的粉末压制法(ConsolidationofMixedPowdersasSyntheticSlurry)是将两种具有不同熔点的粉末混合并冲压成一定形状，然后快速加热至低熔点合金熔点以上，低熔点粉末熔化而高熔点粉末仍然以颗粒状保留在液相基体中，由此得到半固态组织。8.倾斜冷却板制备法

金属液体通过坩埚倾倒在内部具有水冷装置的冷却板上，金属液冷却后达到半固态，流入模具中制备成半固态坯料。倾斜冷却板装置设备简单、占地面积小，可方便地安装在挤压、轧制等成形设备的上方。倾斜冷却板（Coolingslope）制备半固态坯料的工艺及设备图9.液相线铸造

液相线铸造是最近发展起来的一种半固态浆料制备替代技术。在液相线铸造中，将合金熔体控制在液相线温度并直接浇铸到模具中，所得微观组织通常是细小的非枝晶组织。一旦将其再加热，液相线铸造组织会迅速球化并形成适合后续成形的组织。10.化学晶粒细化法

化学晶粒细化在铝合金连续铸造中是一种很普遍的方法。目前，这项技术也被考虑用于半固态浆料生产。它通过提高非均质形核率和抑制枝晶生长，可获得细小等轴晶组织。在适当的晶粒细化步骤下，这样的组织可用于随后的再加热和半固态成形。半固态成形技术

半固态零件成形技术通常可分为两类:流变加工技术和触变加工技术。

熔炼、合金配制制浆半固态坯料制备下料二次加热触变成形流变铸造零件毛坯4半固态金属触变成形

4.1Thixomolding成形工艺及设备

Thixomolding工艺是由美国DowChemical公司开发的技术，1992年由日本制钢所引入并完成成形机的研制开发，已成为目前半固态加工领域中最成功的、应用最广的技术之一。目前Thixomolding设备的合模力从75t至850t有6种机型系列，特殊机种也有合模力1600t机型，到2000年在世界上已销售120余台，现在正在计划开发2000～4000t级的超大型机。

Thixomolding工艺(a)总体设备简图(b)螺旋搅拌及注射部分简图

设备由原料入料与预热装置、螺旋注射机及加热装置、以及压铸机等部分组成。该技术类似于塑料的注射成形法，利用碎化的颗粒状镁合金作为原料，通过料斗送人高速螺旋机进行混合、加热到半固态状态，通过喷嘴高速注射到压铸模具中，经充模、压铸、凝固得到成形件。

4.2触变压铸(Thixo-casting)

触变压铸是半固态金属通过一定截面的孔洞注入闭合的模具内并合模、加压。触变压铸是目前在工业上制造半固态金属零件应用最多的半固态成形方法。铝合金半固态压铸成形汽车用部件样品。与普通压铸成形工艺相比，半固态压铸具有成形温度低，凝固时间短，成形周期短，部件质量好(更少的缩孔和疏松)；微观组织均匀，高度自动化等优点。铝合金半固态压铸成形件(a)控制臂；(b)后门合页；(c)发动机固定架；(d)制动盘4.3触变锻造(Thixo-forging)

触变锻造是将半固态金属坯料移入锻