半固态金属成形技术的研究进展

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1、热处理材料半固态金属成形技术的研究进展＊罗晓强１，２，李正阳２，燕青芝１（１．北京科技大学，北京１０００８３；２．中国科学院力学所，北京１００１９０）摘要：半固态金属浆料成形是通过控制金属材料在固—液共存状态下所特有的流变特性而进行成形的一种金属制备技术。半固态浆料中的固态初生晶粒有优良的流动性，可以采用挤压、压铸和模锻等加工方法制备产品，半固态浆料成形技术是一种节能、高效的生产加工技术，应用前景广阔。综述了半固态浆料制备技术出现以来的研究成果，包括半固态浆料的成形机理、半固态成形的条件和晶粒细化控制机理等，并对半固态浆料制备技术进行了展望。关键词：半固态；浆料；制

2、备技术中图分类号：ＴＧ４４１．８文献标志码：ＡＴｈｅＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＳｅｍｉ－ｓｏｌｉｄＭｅｔａｌＦｏｒｍｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ１，２，ＬＩＺｈｅｎｇｙａｎｇ２，ＹＡＮＱｉｎｇｚｈｉ１ＬＵＯＸｉａｏｑｉａｎｇ（１．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｅｍｉ－ｓｏｌｉｄｍｅｔａｌｓｌｕｒｒｙｆｏｒｍｉｎ

3、ｇｉｓａｋｉｎｄｏｆｍｅｔａｌｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｈｉｃｈｂｙｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄｃｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｆｏｒｍｉｎｇｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｍｅｔａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｏｌｉｄｐｒｉｍａｒｙｇｒａｉｎｏｆｔｈｅｓｅｍｉ－ｓｏｌｉｄｓｌｕｒｒｙｈａｓｇｏｏｄｍｏｂｉｌｉｔｙ，ｃａｎｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｅｘｔｒｕｓｉｏｎ，ｄｉｅｃａｓｔｉｎｇ，ｄｉｅｆｏｒｇ

4、ｉｎｇ，Ｓｅｍｉ－ｓｏｌｉｄｓｌｕｒｒｙｆｏｒｍｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｋｉｎｄｏｆｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏ－ｇｙａｎｄｈａｖｅｂｒｏａｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｏｆｓｅｍｉ－ｓｏｌｉｄｓｌｕｒｒｙｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｆｏｒｍｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｓｅｍｉ－ｓｏｌｉｄｓｌｕｒｒｙ，ｓｅｍｉ－ｓｏｌｉｄｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏ

5、ｆｇｒａｉｎｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｓｏｏｎ，ａｎｄｃｏｍｍｅｎｔｅｄｔｈｅｓｅｍｉｓｏｌｉｄｓｌｕｒｒｙｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉ－ｓｏｌｉｄ，ｓｌｕｒｒｙ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ半固态金属成形技术（Ｓｅｍｉ－ｓｏｌｉｄＭｅｔａｌＰｒｏ－进行，在生产中较宽的固—液温度区间利于加工，如［１］［１０－１２］ｃｅｓｓｉｎｇ），是指当金属处在相图中的固—液相线之铝合金、铜合金、锌合金、镁合金以及铁合金等，间温度时，采用搅拌、加入晶粒细化剂等办法改变金合金在两相间成形兼具了凝固组织和塑性变形的优

6、属的热状态和固相的形核及长大过程，得到一种液点，其力学性能明显得到提升。合金成功地应用到态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的混商业领域，如用半固态铝合金制备泵体、挂架、压缩［１３－１４］合浆料，利用混合浆料进行加工成形的工艺技机活塞、气缸头和轮毂等。［２－４］术。半固态金属浆料中的固态初生晶粒通常以半固态浆料成形方法有流变成形和触变成形２细小、近球状的非枝晶组织形式悬浮在液相中，浆料种：流变成形是半固态浆料直接成形；触变成形是将在加工过程中表现出良好的流变性和触变性，通常半固态浆料凝固成坯体，再加热后加工成形。流变［５－６］采用压铸、挤压和模锻等方法进行加工成

7、形。成形由于工艺流程短，生产效率高，可以制造尺寸精［１５］１９７１年，麻省理工学院Ｄ．Ｂ．Ｓｐｅｎｃｅｒ博士和其确、形状复杂和没有内部孔隙的高可靠性零件，导师Ｍ．Ｃ．Ｆｌｅｍｉｎｇｓ教授用部分凝固的Ｓｎ－１５％因此，受到研究和应用领域的普遍关注。美国康乃［１６］Ｐｂ合金熔体研究铸造过程时，发现熔体结构的初生尔大学提出的单螺旋机械搅拌式流变成形技术，固相呈球状，由此开创了半固态金属成形技术和理英国Ｂｒｕｎｅｌ大学开发的双螺旋机械搅拌式流变成［７］［１７］论。美国的Ａｌｕｍａｘ公司于１９７８年率先用电磁形技术和日本Ｈｉｔａｃｈｉ金属有限公司的Ｓｈｉｂａｔａ［１８］搅