分散强冷制备半固态成型浆料及坯料工艺的研究可行性报告

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1、可行性研宄报告一、选题的必要性目前，我国汽车工业正从载重卡车向轻型汽车和轿车发展的战略转移。铸件在汽车工业屮占有重要地位，铸件重量约占汽车自重的20%—30%。当前，随着全球性的能源紧张和生态环境的日益恶化，要求汽车的重量轻、汕耗省和尾气排放低的呼声越来越高。因此，汽车工业的发展趋势是用轻合金取代传统的黑色金属材料，如钢和铸铁，实现汽车的轻量化和节能化。因此，发达国家汽车工业对铝合金和镁合金等轻金属的需求量越来越大。轿车工业中铝合金铸件在2001年占整个铸件总量的50%左右，甚至出现全铝发动机和全铝车身。现在我国已将汽车工业的发展正式列入国民经济支柱产业，可以相信在不久的将

2、来，我国的汽车用铝合金铸件的需求量将大大增加，而现在使用的铝合金铸件所占份额还不到发达国家的四分之一。我国四大引进轿车车型（桑塔纳、捷达、富康、夏利）的汽缸盖、制动泵和变速箱箱体等铸件是国产化的关键零件。国内生产铝铸件人多采用较复杂的低压铸造工艺，废品率高达25%,这种工艺生产率低。对铝合金铸件在铸型中的凝固特性及其铸造工艺的研宄也较薄弱。因此，西方工业发达国家在20世纪90年代以来纷纷采用已商业化生产的半固态金属成形工艺技术进行高性能的铝铸件生产。这种相对简单、稳定、成品率高的金属成形技术被称为跨世纪重大技术。半固态金属加工技术是20世纪70年代发展起来的一种金属成形新工

3、艺，它将制备的非枝晶半固态金属坯料，经再次加热到半固态进行挤压或压铸成形。由于半固态金属在成形前已是固液两相共存，易于均质变形，且高粘度的半固态浆料可以在填充时不发生紊流而平稳充型，同时半闹态金属坯料的初生相为球状而使变形抗力显著下降，使铸件的加工性能和内在质量都优于常规铸件；该工艺还可以制造近终形制品。因此半固态触变成形工艺在国内外得到了广泛的应用。预计它在汽车、航空和航天等领域也将有广阔的位用前景，己引起各国研究者们的极大兴趣，美国和法国等发达国家在工业应用上己经领先一步，1996年，美国半固态铸造中销售额高达10亿美夕Lo半固态成形的工艺路线有两条:一条是将获得的半固

4、态金属浆料在保持其半I占1态温度的条件下直接进行半固态成形，通常被称为流变铸造（Rheocasting）;另一条是将半固态浆料冷却凝固成坯料后，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度，然后进行成形加工，通常被称为触变成形（Thixoforming）。在实际工业生产中，主要采用后一种工艺。最近乂研究和开发成功几种直接触变成形（Thixomolding）的新T/艺。预计，直接触变成形的新T艺将会成为主导地位。实现上述的两种半固态成形方法的首要条件是要获得理想的半固态金属浆料，为此，国闪外开展了广泛的研究与竞争，目前制浆方法主要有以下几种：新MIT工艺、冷却斜槽法、双螺旋流变注

5、射成形法、剪切-冷却-乳制法、不同液体混合法、近液相线铸造法、电磁搅拌和应变诱发熔化激活等方法。这些方法虽各具有不同的特点，同时，在工业化生产中，还存在一定困难，如金属液体的氧化（冷却斜槽法、剪切-冷却-轧制法），工艺掠制的难度大、工艺的稳定性差（如近液相线铸造法、不同液体混合法），设备的投资大、坯料尺寸受限制（如电磁搅拌和应变诱发熔化激活），同时奋些技术还受到技术垄断因素的影响，这些因素导致了半固态浆料的制备成木较高，使我国的半固态成形技术在工业应用方面JL乎还是空白。因此，研发半固态浆料的制备成本较低、工艺较易控制与实现，并有自主知识产权的半固态浆料的制备成方法和工艺就

6、非常迫切，本项目根据这一需求，结合木课题组的前期研究结果（教育厅项目：江铃493Q摇臂成形新工艺的研究；省自然科学基金项0:稀土元素对铝合金半固态成形热力学和动力学的影响）及同行其他学者的研宄成果，提出了具有自主知识产权的分散强冷制备半阀态金属浆料的方法，该方法具有投资少、设备制作简单、无金属液体的二次氧化、易控制和工艺稳定等优点，该方法的研发成功将有利于促进半固态成形技术在我国企业中，尤其是中、小企业中应用。这是加速我国汽车工业发展的迫切需要，也是在这个领域跟踪国外高科技的必要保证。二、技术方案论述一）项目创新点本项目主要根据高温液体对强冷壁上枝晶冲刷形成晶核的机理和金属

7、液体在近液相线附近恒温过程中均匀形核及均匀长大的理论来获得近球状、细晶粒的半固态浆料或坯料。二）技术关键利用小孔管对金属液体进行分散强冷技术，将高温的金属液体冷却到制浆或制坯所需要的温度，只要工艺控制的恰当，所制半固态坯料不受尺寸大小的限制，突破0前应用较多的制坯工艺对尺汴的限制，本技术的特点是控制小管外壁冷却剂的冷却强度来调整金属液体的冷却速度，因此控制较易现实。三）技术路线制备稀土铝硅合金确定冷却剂的冷却强度和金属管长度设计制造不同孔径的单管强冷设备满足要求的金属管不满足要求的金属管将各孔径流出金属浆料注入到凝