金属半固态成形技术的应用现状及发展前景

《金属半固态成形技术的应用现状及发展前景》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、·I14．2008年全国铝合金熔铸技术交流会文集金属半固态成形技术的应用现状及发展前景刘尧，李风，胡永俊(广东工业大学材料与能源学院，广东广州510006)摘要：简述了半固态成形技术的起源和特点，主要介绍了该技术的两个重要环节一半固态合金坯料制备和半固态成形工艺，综述了半固态成形技术的工业化应用现状和发展前景。关键词：金属半固态成形；浆料制备；成形工艺金属半固态成形技术由美国麻省理工学院Henfings等人⋯提出。半固态金属成形技术作为一种先进的金属加工技术，因其有凝固收缩小、偏析小、产品质量较高、近终形

2、成形等优良特性，被誉为2l世纪新一代金属成形技术。由于半固态成形技术具有独特的技术经济优势和广阔的应用前景，在30多年的发展历程中，半固态成形技术在制坯、重熔加热、零件成形、组织与力学性能、加工环节数值模拟以及合金流变学研究等许多方面取得重大进展12“J。半固态成形主要流程包括两大关键技术：一是浆料的制备，二是半固态的成形工艺。本文概述了半固态浆料制备和半固态成形工艺研究现状及前景，介绍了半固态成形技术的应用情况，提出了半固态成形的发展方向。1半固态合金浆料的制备与传统铸造成形相比，半固态金属浆料中包含有

3、类球形的固相颗粒，减少了凝固收缩，并提高了补缩能力，从而减轻或者消除了缩松倾向，因而组织优良的半固态金属浆料或坯料的制备是实现半固态金属加工技术的基础和关键17j。自从Nenfings旧。采用机械搅拌法制备出具有完整球形晶粒的半固态金属后，人们根据金属凝固理论对半固态金属浆料或坯料的工艺和技术，进行了研究与创新，目前半固态成形浆料制备主要可分为搅拌法和非搅拌法两大类。1．1搅拌制备浆料技术搅拌制备技术主要有机械搅拌法和电磁搅拌法∽。1⋯。机械搅拌法是最早应用的一种半固态浆料制备方法，通过搅拌棒或者旋转的叶

4、片对熔体直接施加搅拌，利用半固态金属流层速度不同产生的剪切应力或者采用采用螺旋式搅拌器，来强化凝固过程中金属液的流动，使枝晶折断，从而使凝固初期的枝晶破碎、变形，形成弥散球状固相颗粒的半固态合金。电磁搅拌法是通过电磁力改变凝固过程中熔体的流动、传质和传热，达到细化晶粒的目的。根据目前国内外研究结果表明【l¨，使用机械搅拌法与电磁搅拌法制备半固态浆料，在适当的搅拌及冷却条件下，均可获得半固态金属锭或成形件，其微观组织为细小球形或等轴的固相颗粒，最小粒径约为30肛m一50肛m。机械搅拌法装置结构简单、造价低、

5、操作方便，搅拌速度、搅拌温度和冷却速率等工艺参数易于控制，可获得很高的剪切速率，有利于形成细小的球形晶粒组织，是目前实验室应用最广泛的方法旧]。但机械搅拌法的生产效率低，熔体易卷入气体，搅拌棒的寿命短，搅拌棒腐蚀易污染半固态金属浆料，使机械搅拌法不适宜半固态浆料的工业生产，无法制备高质量的半固态金属浆料或坯料。电磁搅拌有效解决了机械搅拌的叶片或搅拌棒腐蚀污染半固态金属浆料的问题。另外，2008年全国铝合金熔铸技术交流会文集电磁搅拌参数控制灵活方便，便于控制半固态金属浆料的生产，这些都是电磁搅拌制备半固态金

6、属浆料或坯料的独特优点。目前，电磁搅拌法制浆在半固态金属成形实际应用中占据主导地位。但电磁搅拌法也存在能耗大、漏磁严重、成本高、设计难度大的缺点，使其应用受到一定的限制。1．2非搅拌制备浆料技术非搅拌制备技术的研究主要集中于以下几种工艺：应变诱导熔体活化法112

7、、喷射沉积法[13—4l、粉末冶金法[15I、冷却斜槽法[J6‘、低过热度浇注法[173等。这些工艺各具特色，其中某些技术已成功应用于工业化生产。其中，应变诱发熔化激活技术(SIMA)是先将合金原材料进行足够冷变形，然后加热到固液两相区间，在加热

8、过程中，先发生再结晶，然后部分融化，使初生相转变成颗粒状，形成半固态材料。该方法已成功应用于不锈钢、铜合金等较高熔点合金，但由于增加了预变形工序使生产成本提高，与电磁搅拌法相比，它仅仅用于生产小直径坯料。喷射沉积法的原理是金属融化成液态金属后，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基板上。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，加热到局部融化时，从而得到具有球形颗粒固相的半固态金属浆料。目前该方法已对铝合金、黑色金属以及金属基复合材料进行

9、了成功的试验。与其他方法相比，该方法成本较高，只适用于制备有特殊要求的大尺寸坯料。低过热度浇注法工艺原理是降低浇注温度时，合金组织逐渐得到细化，当浇注温度接近合金的液相线温度时，可以获得半固态组织。低过热度浇注法制备半固态金属浆料或坯料的工艺简单，如果得到应用，将会进一步降低半固态成形件的价格，扩大半固态金属的应用范围。崔建忠等【l副对该方法进行了深入的研究，取得了可喜的进展。Mao【l钊等人还探讨了浇注高度(坩埚口到铸型上口