半固态6063铝合金再结晶组织演变的-.研究

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1、东北大学硕士学位论文笫1章绪论第1章绪论20世纪70年代初，美国麻省理工学院的D．B．Spencer和其导师M．C．Flemings教授在自制的高温粘度计中测量Sn．15Pb合金高温粘度时发现，在搅拌中合金的枝晶结构遭到破坏，基体中存在独特的球状颗粒结构，金属在凝固过程中存在特殊的力学行为i¨，即在较高固相率时，半固态金属仍只有相当低的剪切应力。随即人们对此进行了广泛深入的研究，将其发展成为半固态金属成形技术(Semi．SolidMetalFormingProcesses，简称SSM或SSP—SemiSolidProcessing)。1．1

2、半固态成形概述1．1．1半固态成形的概念所谓半固态成形技术，就是当金属处在相图中的固相线与液相线之间温度时，对其施以强烈搅拌或扰动、或改变金属的热状态、或加入晶体细化剂、即改变初生固相的形核和长大过程，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固．液混合浆料，利用这种固一液混合浆料进行加工成形的方法，称之为半固态成形技术【酗1。1．1．2半固态成形技术的技术特点与工艺路线由于半固态金属成形技术的特殊性，与传统液态或固态成形工艺相比半固态金属成形技术具有许多优点14-8]：(1)近净成形ONearNet-ShapeForming)。

3、由于大部分金属在铸造前己是固相，因而铸件的凝固收缩率小，有利于提高铸件的尺寸精度，提高材料的利用率，节约材料和能源，表面质量好，可以获得形状复杂的零件。(2)应用范围广泛。凡具有固液两相区的合金均可实现半固态加工，如铝合金、镁合金、锌合金、镍合金、铜合金以及钢铁合金等。除直接成形外，还可适用于多种加工工艺，还有望提纯金属(使半固态的液固两相分离)，制造金属板带等，并可进行材料的复合成形。(3)成形中浆料充形平稳，无湍流和喷溅。这一点和普通锻造相比是一个显著的优势，并且半固态成形可以更方便地制造出接近最终形状的制品，级大的减少了机械加工量，缩

4、短了加工周期，提高了材料利用率，有利于节能节材。东北大学硕士学位论文第1章绪论(4)半固态成形件表面平整光滑，铸件内部组织致密，析出物均匀分散，没有普通铸造组织中存在的粗大的枝晶，偏析等缺陷少，力学性能高，可接近或达到变形材料的力学性能。(5)相对于铸造等液态加工技术而言，加工温度较低，对模具的热冲击较小，有利于提高铸型寿命。(6)与锻造和挤压等固态加工技术相比，变形抗力较小，可以成形一些难加工合金材料如高锰钢和高速钢的零件。而且能耗低，效率高，易于自动控制。(7)适于采用计算机辅助设计和制造，提高了生产的自动化程度。由于半固态成形技术的以

5、上诸多特点，半固态成形技术受到高度重视和大力发展，克服其局限性并充分利用其优势，在工艺实践和理论方面寻求新的进展是当今金属加工领域的发展趋势。目前，金属半固态成形技术的工艺路线主要有两条：一条是金属熔炼从液态到半固态温度，然后对得到的半固态金属直接成形，通常称为半固态金属的流变成形(Rhcoforming)。另一条是将半固态金属浆料进一步凝固成坯料后，再按需要将坯料分成一定大小，把这种切分的半固态坯料重新加热到半固态温度，然后将半固态坯料送往成形设备进行成形加工，通常称为半固态金属的触变成形(Thixoforming)。图1．1为半固态成形

6、技术的工艺路线图【9以11。对触变成形，由于半固态坯料便于输送，易于实现自动化，因而在工业中较早得到了广泛应用。对于流变成形由于将部分凝固的半固态浆料直接成形，具有高效、节能、短流程的特点，近年来发展的很快。凶l喾蠹l岁多禚～～～一t曝{Ⅷ二一爸一窖墨理臻塑赡!曼曼一一二鉴二：：—J{皤嚣琏琏建tt分彀麟鲢堕勰翮热受攀蝎瘩壤堕蕊辩蔓拳驻卷羧辩籀鑫Fig．1．1TwotechnicalflowsofSemi—SolidMetalFormingProcesses传统的金属加工成形温度或者在液相线以上，或者在固相线以下。在加工中涉及液相线与固相线

7、之间的液固两相区的只有液态模锻和压力铸造。液态模锻仅仅是通过提高模锻材料的锻造温度，降低材料的变形抗力，使之容易成形。压力铸造是在金属凝固过程中施加压力，提高铸件的材料密度(致密度)和力学性能。而半固态成形技术则是一．2．莨五迂莱砸东北大学硕士学位论文第1章绪论种全新的金属加工工艺，它首先要制备初生相颗粒近球形的半固态浆料，然后对半固态浆料进行成形。半固态成形技术获得制品的组织具有非枝晶显微结构，组织致密，力学性能较高。从温度范围上来看，半固态成形可以说是固相线和液相线之间成形的一种非常有效的加工方法。虽然，半固态金属加工的成形工艺路线主要

8、有流变成形和触变成形两种，但以这两种成形方式为基础派生出多种成形方式，如注射成形、触变压铸方法等。图1．2中的1．1是典型的流变成形温度变化曲线，如采用机械搅拌或电磁搅拌获得半固