a380铝合金半固态流变压铸工艺分析

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1、第1章绪论1．1金属半固态成形技术简介1971年美国麻省理工学院的博士研究生D．B．Spencer在研究Sn-Pbl5合金高温热裂过程中，偶然从高于Sn-Pbl5合金液相线温度开始旋转粘度计外桶(实验装置为内壁刻有沟槽的双桶粘度计)。与过去试验结果相比，此时的切应力下降了约三个数量级，并且发现Sn-Pbl5合金的初生固相都呈球状。D．B．Spencer的实验现象引起导师M．C．Flemings教授的高度重视，在其领导下，投入了大量的人力和物力，进行了广泛研究，创立了金属半固态成形的概念、理论和技术【l,21。1．1．1半固态成形技

2、术的概念与分类所谓的半固态成形(Semi．SolidFormingofMetals)或半固态加I(Semi．SolidProcessingofMetals)，是将含有非枝晶固相的固液混合物在凝固温度范围内加工成形的一种材料成形技术。按照这个定义，半固态成形或半固态加工技术具有三个特征，一是被加工的材料状态是固液混合物，而不是纯液体或纯固体；二是加工温度范围在合金固相线温度和液相线温度之间；三是材料中的固相是非枝晶形态，而不是常见的树枝晶。目前，合金半固态成形的工艺方案主要分流变成形和触变成形两大类，如图1．1所示。流变成形：在金属

3、凝固过程中，通过施加搅拌或扰动、或改变金属的热状态、或加入晶粒细化剂等手段，改变合金熔体的凝固行为，获得一种液态金属母液中均匀地悬浮一定球状初生固相的固一液混合物(半固态浆料)，并利用此浆料直接成形加工。触变成形：获得半固态浆料后，将其进一步凝固成坯料(通常采用连铸工艺)，根据需要将坯料切分，把切分的坯料重新加热至固一液两相区形成半固态坯料，利用这种半固态坯料进行加工成形。触变成型在工业界中已得到了成功应用，目前国外已经形成了一定商业生产规模。但随着触变成形技术的推广和应用，其主要缺陷也逐渐暴露出来：浆料制备成本高，设备投资大、坯

4、料的成分和微观结构的不均匀性、浆料制备过第1章绪论程控制难度大等等。近年来，学术界和商业界都普遍关注流变成形技术，该工艺具有低能耗、工艺流程短、设备简单等特点，容易被中小型生产企业所接受，被认为具有较好的工业应用前景。扼变铸造工艺流程／＼莲援鲁鲁半日砉暮■触变成形工艺流程(审+·_一瑚鹰形勰倒鲁链垤是■丹■甓垤I新加蔼至手一季嚣呈肼置图1．1合金半固态成形工艺流程示意图1．1．2半固态成形技术的特点及应用领域金属材料在液态、半固态和固态三个阶段表现出不同的物理特性，利用这些特性，产生了液态加工、塑性加工和半固态加工等多种金属热加工

5、方法。液态加工利用液态金属的良好流动性，以完成成形过程中的充填、补缩直至凝固结束。塑性加工利用固态金属在高温状态下的良好塑性流动性，在外力作用下完成模堂的充填过程。半固态加工是利用固液共存的非枝晶半固态浆料(坯料)具有的特性进行成形的方法。2000年Flerrdngs在文献【3】中阐述了半固态成形技术的特点【3】，根据半固态浆料(坯料)的金属学和力学特点现归纳为表l。由表l可知，半固态成形技术综合了液态加工和塑性加工的优点，即加工温度比液态低，变形抗力比固态小，特别地，该技术采用了非枝晶半固态浆料作为成形原料，打破了传统枝晶凝固模

6、式，因此该技术可以【145州：(1)提高成形零件的密实性，可进行热处理；(2)提高零件的机械性能；(3)可以一次大变形量加工成形形状复杂且精度和性能质量要求较高的零件；(4)压铸薄壁零件；(5)压铸传统压铸工艺无法生产的压铸材料，如锻造铝合金、高熔点合金2第1章绪论等；(6)提高成形速度，提高生产效率；在过去的35年里已经研究了各种合金半固态成形的可行性。最初，由于军方对高性能钢压铸件的需求。主要集中在高熔点合金的研究，特别是钢。20世纪90年代以来，由于汽车减重、电子信息产品和消费类电子消费品迎合环保要求，半固态成形技术主要集中

7、在镁、铝合金方面，其重点主要放在成形工艺的开发上，主要应用在汽车、电子信息、航空航天等领域，最成功的是汽车行业，文献【4，7】详细报道了半固态成形技术的工业应用。(1)生产高强度(冲击强度、疲劳强度)零件：发动机架、转向节、合金轮、控制壁和拉杆等；(2)生产过共晶合金的耐磨零件：压缩机活塞、制动鼓和变速排档干等；(3)生产耐压零件：主刹车缸、发动机泵体及关键的安全部件等。表1半固态成形特性及潜在价值特性潜在价值和应用(1)减少凝固潜热，高速零件成形和高速连铸，高熔点合金液固混合共存成形，降低铸型的热蚀(2)减少凝固收缩，减少缩孔、

8、低偏析，细化晶粒，可进行后续热处理，提高性能(1)变形抗力非常小，可以成形复杂零件，提高零件成形速流动应力比度．缩短加工周期，提高材料利用率，降低成本；固态金属低(2)实现连续形状的高速成形(连铸、连轧、挤压等)；(3)开发新成形工艺(1)充型平稳