半固态技术发展

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1、半固态铸造技术的发展状况及前景柴建美（2008000563）（材料学院成型0801.山西.太原.030024）摘要：半固态铸造成形技术以其高效、节能、近净形生产以及成形件高性能等诸多优点，成为21世纪最具发展前景的金属成形工艺，得到了人们的广泛的关注。本文中介绍了半固态铸造成形技术的成形工艺、合金应用、坯料制备工艺、合金组织性能状况以及在国内的发展情况和发展前景。关键词：半固态铸造成形；近净形；制浆；组织性能；发展前景引言所谓半固态金属成型就是在金属凝固过程中，施与剧烈搅拌等工艺制得一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生相的固液混合浆料，利用这种既非液态又非固态的金属浆料

2、浇注成型的方法。近些年，随着工业的不断发展，尤其是汽车、航空、航天、电子以及兵器工业的发展，对于低成本、轻量化、高性能铸造产品的需求越来越大。采用半固态铸造成形技术所生产的产品由于浇注温度处于固液两相区，使铸件在凝固过程中收缩量减少，铸件尺寸精度提高，成形性好，适于生产复杂件，并可以达到近净形生产，而且在组上消除了柱状晶和粗大的树枝晶，使铸件组织细密均匀，缺陷和宏观偏析明显减少，此外对型腔热冲击的减小相应提高了压铸型及压射室使用寿命，提高了成品率和产品的性能。半固态铸造成形技术不但综合了铸造成形和锻压成形的优点，而且部分产品的性能会接近甚至于达到锻压产品的性能，同时拓展了成形

3、合金的范围。正是在这种前提下，使得半固态铸造成形技术受到了越来越广泛的关注，不仅在研究领域取得了很大的进展，本文综述了半固态铸造成形技术的成形工艺、合金应用、坯料制造工艺、半固态铸造合金的组织、性能以及国内的研究应用状况及发展前景。1半固态铸造技术的状况1.1半固态铸造工艺由于半固态金属浆料中的初生晶粒通常以近球状形式存在，从而具有较好的流变性和触变性，因而半固态铸造成形通常采用流变铸造和触变铸造[1]两种工艺。在流变铸造过程中，利用经搅拌等工艺获得的近球状晶半固态浆料，在保持其处于固液两相区温度时直接进行浇注成形。由于浆料在制备成形过程中没有过热度，从而能够明显降低能耗，缩

4、短合金的凝固时间，提高生产效率，但是半固态浆料的粘度往往与搅拌的剪切速率以及时间有关，因而如何保存和输送半固态浆料，控制其在成形过程中的温度变化以及一定的剪切速率成为流变铸造商业化生产待解决的关键问题。触变铸造则是利用所制备的合金坯料，通过截取适当大小的坯锭，重新加热至固液两相区温度，然后进行铸造成形。尽管该工艺需要对合金进行二次加热，相对提高了能耗，由于在加工成形过程中半固态合金坯料便于进行二次加热和输送，同时易于控制成形过程，因而成为当今半固态铸造成形商业化生产的主要工艺形式。但是从节省能源、短工艺流程和设备简单化角度出发，流变铸造依然会成为未来的半固态铸造成形技术的重要

5、发展方向。1.2半固态铸造合金由于半固态合金浆料的制备需要在固液两相区内进行，因而半固态铸造成形工艺通常适用于具有较宽固液两相区的合金体系，如铝合金、镁合金、铜合金、锌合金、镍合金以及钢铁类合金等，随着半固态制浆和成形工艺的不断拓展，合金的应用种类以及牌号还将日益扩大。但是合金熔化温度对设备要求的不同，合金成形难易程度的不同以及成形件在质量上存在的差异，使得半固态铸造成形技术的研究与开发长期以来主要集中在较低熔点的合金领域中，其中以铝合金系列牌号的研究开发最为显著，并进入商业化生产阶段，尤其356合金[2]的半固态成形性能较为优异，其产品通过T6热处理后的力学性能可以达到：抗

6、拉强度296MPa，屈服强度193MPa，伸长率12%，硬度达到105HBS，表现出优异的力学性能，明显高于金属型成形件的力学性能，尤其是伸长率提高了1.4倍（金属型成形件在T6热处理后的伸长率为5%）。随着材料应用技术的不断创新，高熔点合金应用领域的发展及其不可替代性，和提高铸造产品质量，降低能耗的要求，对于高熔点合金半固态铸造成形技术也逐渐成为研究开发的焦点。目前研究的合金已涉及铸铁、低合金钢、不锈钢及镍基合金等，尽管高熔点合金的半固态铸造成形技术研究得到了不断加强，但距离商业化生产尚有一段距离。1.1半固态坯料的制备在半固态铸造成形过程中，通常要求用于成形的半固态金属浆

7、料拥有稳定的均匀细小、被近球化的非枝晶组织，从而确保浆料具有良好的流动性和触变性，因而半固态金属浆料的制备是成形过程中的关键环节之一，将会直接影响到成形铸件的质量。目前，除了较为常用的机械搅拌和电磁搅拌制浆方法以外，主要还有：应变诱导熔体活化法、液相线铸造法、喷射成形法以及化学晶粒细化法等，其中，应变诱导熔体活化法[3]由于对变形工序的要求较高、加工繁琐、生产成本高、生产率低，使之在工业上主要应用在小规格尺寸的较高熔点合金的非枝晶组织制备上。液相线铸造法[3]是将合金熔体冷却至液相线温度附近保温一段时间