[材料科学]半固态制坯方法及成形工艺.ppt

半固态制坯方法及成形工艺 2018-3-3 目录 2018-3-3 半固态制坯方法 半固态加工技术结合了液态和固态金属成形的有利条件，具有许多优良的特性，近年来得到了迅速的发展，其金属浆料的制备（简称制浆）是半固态成形的基础和关键，也是半固态加工最基本，最主要的工序。它要求原始组织为均匀细小的非枝晶晶粒组织,以确保金属浆料具有良好的流变性和触变性。【1】 2018-3-3 半固态制坯方法 2018-3-3 半固态制坯方法 原理：利用电磁感应在金属液中产生感应电流，感应电流在外加磁场的作用下促使金属固液浆料激烈地搅动，使传统的枝晶组织转变为非枝晶的搅拌组织。 主要有两种方法产生旋转磁场： 一种是在感应线圈内通交变电流的传统方法； 一种是旋转永磁体法。 一、电磁搅拌法 2018-3-3 电磁搅拌法 感应电磁从熔池边到中心成衰减趋势目前仅能生产直径50～152 mm的铝棒料，再大直径比较困难 2018-3-3 电磁搅拌法 1.搅拌器 2.结晶器 3.合金熔体 4.中间包 5.引流通道 6.半固态坯料 7.同步锯 图1-3 垂直连续电磁搅拌连铸示意图 2018-3-3 电磁搅拌法 特 点 4 但电磁搅拌设备复杂、能耗大、生产成本高，最大的缺点是不能生产尺寸大的铸锭。设备昂贵，另外工艺也比较复杂 2 3 2018-3-3 电磁搅拌法 ◆美国 Alumax 公司的铝合金电磁搅拌连铸生产线。 ◆北京有色金属研究总院利用电磁搅拌设备已能够连续 生产直径为80mm 的铝合金半固态坯料，并与东风汽车公 司合作，试验用半固态铝合金生产汽车空压机连杆及车 水泵盖。 ◆北京科技大学用电磁搅拌法成功制备出半固态AlSi7Mg 合金连铸坯料。 2018-3-3 半固态制坯方法 虽然电磁搅拌制备的半固态金属坯料在应用中占主导地位，但是机械搅拌法却是最早应用于制备半固态金属浆料的方法。机械搅拌法分为： 1）非连续机械搅拌法 2）连续机械搅拌法 二、机械搅拌法 2018-3-3 机械搅拌法 1）非连续机械搅拌法 原理：该方法利用机械旋转的叶片或搅拌棒改变凝固中金属初生晶粒的生长，获得球状或类球状的初生晶粒的半固态金属流变浆料，这些球状或类球状的初生晶粒均匀悬浮在母液中，在搅拌过程中，通过控制搅拌室温度来控制半固态金属的固相分数，通过改变叶片或搅拌棒的转速来控制剪切速度，并可以保证搅拌过程中的剪切速度不变。 2018-3-3 机械搅拌法 1-炉温控制器 2、15-电动机 3、4、12、14-轴承 5-齿轮 6-浇勺 7-叶片8-热电偶 9-坩埚10-炉体11-合金液13-传动轮 该装置中，合金11放入融化坩埚9中，坩埚9再放置在炉体10中，通过电阻炉控制合金的融化、降温和凝固；搅拌器为反向转动的一对叶片7，通过电动机2带动；坩埚9还可以通过另一个电动机15带动，强化合金熔体的搅拌作用。 2018-3-3 机械搅拌法 2）连续机械搅拌法 该方法是美国麻省理工学院Flemings等人发明的，该装置结构较复杂，造价较高，搅拌室上方的大金属熔池可以防止卷入气体，又可以保证连续供给金属液。 图1-6 连续机械搅拌示意图 连续供给合金液 感应加热器 液态金属 冷却 2018-3-3 机械搅拌法 1-金属液 2-中间包 3-感应加热器 4-中间包出口 5-挡板 6-搅拌室 7-螺杆 8-传动轴 9-感应加热器 10-冷却 11-冷却箱入口 12-冷却箱出口 13-半固态金属浆料出口 14-塞头 图1-7 连续机械搅拌法示意图[1] 2018-3-3 机械搅拌法 首先将过热的金属液浇人到中间包2内，中间包2周围环绕着感应加热器3，中间包2的底部开设3个小间包出口4，这些出口的大小由挡板5控制，搅拌室6安装在中间包出口4的下方，并要防止气体从接缝进入搅拌室；当金属液1处于过热状态时，可以打开挡板5，让金属液1进入搅拌室6；搅拌室外分别设量感应加热器9和冷却箱10，冷却箱的人口和出口分别为11和12，这些措施便于控制搅拌室的传热和金属熔体的温度；搅拌螺杆7安装在传动轴8上。当过热金属液1进入搅拌室6时，就可以开动传动轴，带动螺杆7搅拌金属熔体；搅拌室6的下方设置出口13，半固态金属浆料在重力或外加压力的作用下排出搅拌室，半固态金属浆料流量的大小由搅拌螺杆7的下端塞头14与出口的距离来控制。 2018-3-3 机械搅拌法 2018-3-3 机械搅拌法 2018-3-3 半固态制坯方法 图1-8 变形诱变激活方法的工艺原理示意图[1] 原理： 利用传统连铸方法预先连续铸造出晶粒细小的金属坯料，将该金属坯料在回复再结晶的温度范围内进行大变形量的热态挤压，通过变