高铬白口铸铁半固态成形分析

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1、里I!!』些二查堂坐!堂些丝苎．—————————————羔三兰型塑!L第一章绪论1．1半固态金属成形技术的概述半固态成形技术起源于20世纪70年代初的美国麻省理工学院，当时出MertonFleming教授的博士研究生DavidSpencer在研究剪切率对Sn-15％pb合金凝固的影响时发现。随后，Flemings，Mehrabian及其他一些合作者们又对其他金属进行了广泛的研究，在麻省理工学院的学者们意识到金属凝固的这一特性及其潜在的应用价值后，由美国国防部组织进行了有关半固态工艺的研究，有麻省理工学院、伊

2、利诺斯洲大学，通用电器公司、希奇奈制造公司等单位参加。至此，半固态加工技术从萌芽直至初步应用，美国走在最前列，并很快作为一项新的加工技术在全球应运而生了U-31。半固态加工技术(Semi—SolidMetalforming)，简称SSM，就是金属在凝固过程中，进行剧烈搅拌，或控制固．液态温度区间，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定固相组分的固液混合浆料，这种半固态金属浆料具有流变特性，即半固态金属浆料具有很好的流动性，易于通过普通加工方法制成产品，采用这种即非完全液态，又非完全固态的金属浆料加工成形的方法

3、，就称为半固态金属加工技术IJ“。与普通的加工方法相比，半固态金属加工具有许多优点【6‘”】：(1)应用范围广泛，凡具有圆渡两相区的合金均可实现半固态加工。可适用于多种加工工艺，如铸造、挤压、锻压等。(2)半固态材料充形平稳，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，极大的减少了机械加工量．缩短了加工周期，提高了材料利用率，有利于节能节材。(3)半固态金属己释放了部分结晶潜热，成形模具工作温度低于普通压铸，成形时对会属模具和设备的热冲击小，有利于改

4、善模具工作条件，提高其寿命，从而降低生产成本。(4)半固态成形件表面平整光滑，铸件内部组织致密，内部气孔、偏析等缺陷少，晶粒细小，力学性能高，可接近或达到变形材料的力学性能。(5)应用半周念加工工艺可改善制备复合材料中非金属材料的漂浮、偏析以及与金属基体不润湿的技术难题·这为复合材料的制备和威形提供了有利条件。昆l到埋T人学顺I学位论文第一章绪论(6)节约能源。以7L产单位质量零件为例，半吲态加r与普通铋{合余铸造卡u比，节葩35％庇右。半固态成形技术有时条工艺路线11,5,6．121(如图1．1所示)：一条

5、是将获得的半固态会属浆料在保持其半固态温度的条件下直接进行半固态加工，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(q'hixoformin—g)。流变铸造与触变成形工艺过程见图1．2和1．3所示。相对于触变成形生产成本高、生产过程控制任务繁重、设备投资大等缺点，流变成形具有生产流程短、能耗低、设备投资小、连续性强、牛产率高等优点，因此，半固态会属流变成形已成为当今半固态金属加上技术领域的新热

6、点㈣。台会刚制度熔炼—r1十㈣态浆科的制备J剖1．I、r刖态金属加。r的T艺过穰垦型些!叁兰竺．1：鲎垡堡兰————墨￡曼望查兰L图1．2流变铸造二I：艺流程示意图a一连续制备半固态浆料b一将浆料送至压射室c一成形过程d一制品图1．3触变成形工艺流群图a一连续制备、

7、，问态浆料b一制备半I司态锭坯c一定茸分割坯锭昆19J理r人学坝I。学位论义筘一章绪论1．2半固态金属成形技术研究现状及应用1．2．1半固态浆料制备及成形方法半固态加工技术中的一个关键问题就是如何制备优质的半固态合金。剑目前{为止，半固态非枝晶组

8、织制备方法主要有：机械搅拌法、电磁搅拌法、应变诱发熔化激活法(StrainInducedMeltActived，简称SIMA)、喷射沉积法(OspreyDeposition)、剪切一冷却一滚压法(Shearing—cooling—rolling简称SCR)、等温处理法等。由于半固态触变成形成本高、生产过程控制任务重、设备投资大等缺点，半固态流变成形技术最近又取得了新进展：如双螺杆注射流变成形技术、熔体混合流变铸造、NRP(NewRheocastingProcess)、SLC(Sub—LiqiudusCasti

9、ng)等。(1)机械搅拌法[12,14-181机械搅拌法是最早采用的方法，其设备构造简单，它可以通过控制温度、搅拌速度和冷却速度等工艺参数，使初生树枝状晶破碎而成为颗粒结构。机械搅拌装置一般分为连续式和问歇式两种类型。如图．1．4所示。连续式装置包括棒式和螺旋式如图1．4中(a，b)。棒式装置具有金属液不易氧化、固相分数易控制、能连续生产的优点：其缺点是出料速度较慢，搅拌棒易损耗。螺旋式装置具有向下