半固态加工详解.ppt

1. 概述 1.1 半固态加工的概念与特点 1.2 半固态加工的基本工艺方法 1.3 半固态加工的研究及发展 1.1 半固态加工的概念与特点 金属的液态成形: 铸造； 液态模锻； 液态轧制； 连铸等 半固态成形 在20世纪70年代美国麻省理工学院的Flemings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)。 半固态成形 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-solid forming or procesing of metals)，目前在国际上，通常将半固态加工简称为SSM(semi-solid metallurgy)。 半固态金属的特点 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； 半固态金属的金属学和力学特点 (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； (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； （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。 1.2 半固态加工的基本方法 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David Spencer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 Stampal SPA和 Fiat Auto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（Magneti Marelli）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