a356半固态金属浆料的制备与压铸工艺的数值模拟

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1、A356半固态金属浆料的制备及压铸工艺的数值模拟1-3-1机械搅拌法机械搅拌法是最早应用于制备半固态金属浆料的方法。该方法利用机械旋转的叶片或搅拌棒改变凝固中的金属初生晶粒的生长，获得悬浮在母液中球状或类球状的初生晶粒的半固态金属流变浆料。在搅拌过程中，通过控制搅拌室的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率，并可以保证搅拌过程中的剪切速率不变。该种搅拌装置结构简单、造价低、操作方便，还可以在搅拌设备中添加各种保护气体，保护或减轻易氧化金属的氧化。利用该方法，研究工作者曾

2、经制备过几乎所有的适合半固态成形的合金系列的半固态浆料或坯料，如铝合金、铜合金、镁合金、锌合金、钢铁、高温合金和复合材料等。但是该方法生产效率低、搅拌室和搅拌棒的寿命短、搅拌棒和搅拌室易污染半固态金属浆料，所以只适合于实验室的研究工作，无法制备高质量的半固态金属浆料或匹料，也无法满足商业生产的需要。[3]机械搅拌法制备的半固态浆料的固相百分比一般在30%～60%之间，低于30%时，破碎的树枝状晶粒在凝固过程中会产生粗化，倾向于向枝晶发展；而高于60%时，浸入半固态浆料的搅拌器有停止和破损的危险；虽然采用

3、机械搅拌法可以获得很高的剪切速率，有利于形成细小的球形微观结构，但是在搅拌腔体内部往往存在搅拌不到的死区，影响了浆料的均匀性，而且搅拌叶片的腐蚀问题以及它对半固态金属浆料的污染问题都会对半固态铸坯带来不利的影响；同时机械搅拌法还具有搅拌操作困难，生产效率低的缺点。1-3-2电磁搅拌法电磁搅拌法是利用旋转磁场在金属液中产生感应电流，金属液在洛仑兹力的作用下产生运动从而达到对金属液搅拌的目的。按照电磁场产生设备的不同，可以分为两种：在感应线圈内通交变电流的传统电磁方法和高性能永磁材料电磁感应器的旋转永磁体法

4、；按照搅拌金属液的流动方式可分为：水平式，即铸型内金属液的流动方向垂直于铸型轴线方向；垂直时，即铸型内金属液的流动方向平行于铸型轴线方向；或者是两者的结合——螺旋式。电磁搅拌法是靠电磁力对凝固体系进行剧烈搅拌，所以从根本上避免了搅拌棒损耗的问题，电磁参数控制方便、灵活，因此成为工业化生产镁合金半固态浆料的主要方法。目前，用电磁搅拌法制备的合金种类有：铝合金（A356、A357等）、铸钢、不锈钢（304、316、440C）、弹簧钢（60Si2Mn）、高速[8~11]钢（M7、M4、M2）、高碳工具钢、白口

5、铸铁、高铬铸铁等。1-3-3变形诱变激活方法变形诱变激活方法，其工艺要点是：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，通过变形破碎铸态组织，然后再对热态挤压变形过的坯料加以少量的冷变形，在坯料的组织中储存部分变形能量，最后按需要将经过变形的金2河北工业大学硕士学位论文属坯料切成一定大小，迅速将其加热到固液两相区并适当保温，即可获得具有触变性的球状半固态坯料[4,12~14]。变形诱变激活方法制备的半固态金属坯料纯净、生产效率较高，也是目

6、前实际商业应用的方法之一，但该方法只能制备小枝晶的金属半固态坯料（因为需要很大的挤压变形量）。此方法可以制备铸造铝合[4,14~19]金和变形铝合金的半固态坯料，也可以制备铜合金、黑色金属的半固态坯料。目前美国的阿卢马[4]克斯工程金属工艺公司利用这种专有技术生产一种军用航天器中的小型电器零件。1-3-4超声振动方法超声振动方法制备半固态金属浆料的基本原理：利用超声机械振动波扰动金属的凝固过程，细化金属晶粒，获得球状初晶的半固态金属浆料；超声机械振动波作用于金属熔体的方法有两种：一是振动器[20~22]

7、直接作用于金属熔体，二是振动器先作用在铸型上，通过铸型再作用在金属熔体上。超声振动方法简单，易于实施，成本低；超声振动可以一直施加在金属熔体上，直至金属熔体完全凝固，超声振动不仅细化金属晶粒和获得球状初晶，还可以清除熔体中的气体，减少金属熔体内的氧化物夹杂，改善熔体的均匀性。超声振动方法的缺点：在金属熔体中，超声振动波的衰减厉害，不易到达较深或较广的区域。目前，这种方法仍然处于研究探索之中，尚未进入实际商业应用。1-3-5其它半固态浆、坯料的制备方法此外还有喷射沉积法、粉末冶金法、近液相线浇注法、冷却斜

8、槽法、紊流效应法、金属熔体混合法[23~33]等。喷射沉积法是在金属熔化成液态金属后，雾化为熔滴颗粒，在喷射气体作用下部分凝固的微滴直接沉积在收集板上，当每个熔滴的冲击能够产生足够的剪切力打碎熔滴内部形成的枝晶时凝固后便成为颗粒状组织，经加热到局部熔化时，可得到具有球形颗粒固相的半固态合金。目前用这种方法已对铝、镁等有色金属、黑色金属以及金属基复合材料进行了成功的试验。与其他方法相比，该方法工艺复杂、成本高，只适用于制备特殊要求的大尺寸坯料