半固态金属成型技术

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1、半固态金属成型技术及发展趋势摘要：半固态金属成型技术是一种新型的金属加工技术，本文主要介绍半固态金属的特点及其成型技术，分析半固态金属成型技术的研究现状，并对其发展前景进行展望。关键字：半固态金属；成型；研究现状；发展前景；1.半固态金属的特点半固态金属的内部特征是固液相混合共存，在晶粒边界存在金属液态。半固态金属的金属学和力学主要有以下几个特点：(1)由于固液共存，在两者边界熔化、凝固不断发生，产生活跃的扩散现象。因此溶质元素的局部浓度不断变化；(2)由于晶粒间或固相粒子间夹有液相成分，固相粒子间几乎没有结合力，因此，其宏观流动变形抗力很低；且在特定部位容易固液分

2、离，但由于液相成分的存在，又能很容易地将分离的部位连接形成一体化；(3)随着固相分数的降低，呈现黏性流体特性，在微小外力作用下即可很容易变形流动；当固相分数在极限值（约75%）以下时，浆料可以进行搅拌，并可很容易混入异种材料的粉末、纤维等。2.半固态金属成型技术的概述金属材料从固态向液态或从液态向固态转变过程中，均经历半固态阶段。在这三个阶段中，材料呈现出了不同特性，因此这三个阶段的成型技术各不同，由此产生了液态成型、塑性成型和半固态成型。液态成型利用液态金属呈现出的良好流动性，塑性成型则利用固态金属呈现的较好塑性流动型，而半固态金属成型利用了半固态金属固液共存所呈

3、现的特性即流变性和触变性，它是指对液态的金属合金在凝固过程中加以剧烈的搅拌等处理而得到的，或经过特殊处理的固体合金坯料加热而得到的，具有非枝晶组织结构，固、液相组织共存的半固态坯料在进行各种成型加工，从而得到所需形状、性能制品的一种加工技术。5半固态金属成型技术是一种新型的金属加工技术，与普通的加工技术相比较，具有许多独特的优点：(1)被加工材料的状态是固液混合物，而不是纯液体或纯固体；(2)加工温度范围在合金固相线温度和液相线温度之间；(3)材料中的固相是非枝晶形态，而不是常见的树枝晶。(4)黏度比液态金属高，且容易控制：模具夹带的气体少，减少氧化，改善材料加工性

4、能，减少模具粘接，可进行更高速的部件成形，改善表面光洁度，易实现自动化和形成新加工工艺；(5)流动应力比固态金属低：半固态浆料具有流变性和触变性，变形抗力非常小，可以更高的速度成形部件，缩短加工周期，提高材料利用率，降低成本；(6)应用范围广：凡具有固液两项区的合金均可实现半固态加工。半固态金属成型技术包括流变成形、触变成形、挤压成型和锻造成型等，其中流变成形和触变成形为主要成型方法。在金属凝固过程中，对其施以剧烈的搅拌作用，充分破碎树枝状的初生固相，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固-液混合浆料，及流变浆料，利用这种流变浆料直接进行成型加工的方

5、法称之为半固态金属的流变成形；如果将流变浆料凝固成锭，按需要将此金属锭切成一定大小，然后重新加工至半固态温度区，这时的金属锭一般称为半固态金属坯料，利用金属的半固态坯料进行成型加工的方法称之为触变成形。半固态金属成型技术示意图如下：图1半固态金属成型技术示意图半固态锻造成型是将加热到半固态的坯料，5在锻模中进行以压缩变形为主的模锻以获得所需形状、性能制品的加工方法。半固态锻造可以成型变形抗力较大的高固相率的半固态材料，并达到一般锻造难以达到的复杂形状，而且可以用于制造用普通锻造难以成型的许多超合金，还能用半固态锻造技术制造出特殊材料的耐热零件。半固态挤压的加工工艺和

6、热挤压加工的情况基本相同，即用加热炉将坯料加热到半固态，然后放入挤压模腔，用凸模施加压力，通过凹模口挤出所需制品。半固态的坯料在挤压模腔内处于密闭状态，流动变型的自由度低，内部的固相成分、液相成分不易单独流动，除挤压开始时若干液相成分有先行流出的倾向外，在进入正常挤压状态后,两者一起从模口挤出,在长度方向上得到稳定均一的制品。半固态挤压和其它半固态成型方法相比，研究得最多的是各种铝合金和铜合金的棒、线、管、形材等制品，制品的内部组织及机械性能容易制造均一，也容易操作，是难加工材料、粒子强化金属基复合材料、纤维强化金属基复合材料成型加工的不可缺少的技术。流变成形技术主

7、要包括低过热度浇注和电磁搅拌式流变成形、SLC式流变成形、CRP式流变成形、SEED式流变成形、CSIR式流变成形等。触变成形包括触变压铸、触变锻造、触变挤压和触变轧制等。触变压铸是将半固态金属通过一定截面的孔洞注入闭合的模具内并合模、加压，与传统压铸工艺相比半固态铸压具有成形温度低，凝固时间短，成形周期短，部件质量好，微观组织均匀，高度制动化等优点；触变锻造是将半固态金属坯料移入锻压模具内，然后模具的一部分向另一部分运动并加压成型，其优点是：扩大了复杂成型件的范围，材料利用率高等；触变挤压是将半固态金属坯料移入挤压腔内，然后通过模具孔挤出成型，其优点是：扩大了