金屬的液態(tài)成形與半固態(tài)成形

金屬的液態(tài)成形與半固態(tài)成形

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1、第四章金屬的液態(tài)成形 與半固態(tài)成形4.1液態(tài)成形4.2半固態(tài)成形4.3快速凝固成形4.2半固態(tài)成形1、定義:半固態(tài)成形即半固態(tài)合金成形,是介于液態(tài)成形和固態(tài)成形之間的一種成形方法。半固態(tài)合金是將合金熔化后,待它冷卻到液相線溫度以下,對(duì)合金進(jìn)行攪拌,在攪拌力的作用下,合金析出的樹枝狀晶被破壞,并在周圍金屬液的摩擦熔融作用下,晶粒和破碎的枝晶小塊形成卵球狀的顆粒,分布在整個(gè)液態(tài)金屬中。該合金即使固態(tài)組分達(dá)40%-60%,仍然像糊狀懸浮液,具有一定的流動(dòng)性。而在剪切力較小或?yàn)榱銜r(shí),它又具有固體性質(zhì),可以搬運(yùn)儲(chǔ)藏。利用半固體合金獨(dú)特的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)澆注或

2、壓注成形的方法,稱為半固態(tài)成形。2、半固態(tài)成形的特點(diǎn)應(yīng)用范圍廣。適合各種合金和復(fù)合材料,可采用鑄造、擠壓、鍛造和焊接等多種成形工藝。鑄件質(zhì)量高,力學(xué)性能好,尺寸精度高。對(duì)成形裝置的熱沖擊小,能耗低。便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,勞動(dòng)生產(chǎn)率高。生產(chǎn)成本低。3、半固態(tài)成形的發(fā)展20世紀(jì)70年代初,美國(guó)MIT的博士研究生DBSpencer在研究Sn-15%wtPb合金的高溫特性時(shí),偶然發(fā)現(xiàn)金屬的半固態(tài)力學(xué)行為和組織特點(diǎn)。這些發(fā)現(xiàn)引起了MIT的MCFlemings教授的特別重視,投入大量人力、物力,進(jìn)行了深入、廣泛的研究,創(chuàng)立了金屬半固態(tài)鑄造技術(shù)。半固態(tài)流變鑄造

3、(rheocasting)金屬液?攪拌、凝固?半固態(tài)漿料?輸送?成形4、半固態(tài)合金的制備方法半固態(tài)合金的制備常用機(jī)械攪拌法、電磁攪拌法和應(yīng)變激活工藝。間歇式機(jī)械攪拌連續(xù)式機(jī)械攪拌電磁攪拌法是利用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使金屬液產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),達(dá)到攪拌金屬液的目的。目前有兩種方法。一種是在感應(yīng)線圈內(nèi)通交變電流,另一種是旋轉(zhuǎn)永磁體法。電磁攪拌法不會(huì)污染金屬液,控制方便靈活,但設(shè)備投資大,成本高。電磁攪拌應(yīng)變激活工藝(Strain-inducedmeltactivationprocess,SIMA)預(yù)先連續(xù)鑄造出晶粒細(xì)小的金屬錠,再將金屬錠熱態(tài)擠壓變形,變形量要大,通

4、過(guò)變形破碎鑄態(tài)組織,隨后再加以小量冷變形,在組織中儲(chǔ)存部分變形能量,最后按需要將變形的金屬錠切成一定大小,加熱到固液區(qū)并適當(dāng)保溫,即可獲得半固態(tài)坯料。9、半固態(tài)合金組織半固態(tài)合金組織的形態(tài)和大小與合金的溫度、剪切速率和固態(tài)比例有關(guān)。隨合金溫度下降,初晶枝晶間距和質(zhì)點(diǎn)尺寸減??;剪切力越高,則質(zhì)點(diǎn)形狀越趨于球形;質(zhì)點(diǎn)尺寸隨固相比例增大而增大。10、半固態(tài)合金的流變性能研究材料成形過(guò)程中的流動(dòng)和變形規(guī)律即流變學(xué);合金在熔融態(tài)和凝固過(guò)程中的流變性:剪切力、剪切速率、彈性、粘彈性和塑性;11、半固態(tài)成形方法(1)流變成形(Rheoforming)流變

5、成形:利用半固態(tài)金屬制備器批量制備或連續(xù)制備糊狀漿料,直接進(jìn)行加工成形(鑄造、擠壓、軋制、模鍛等)的方法。特點(diǎn):直接獲得的半固態(tài)漿料不便于保存和輸送,發(fā)展緩慢,成熟應(yīng)用有限;比觸變成形節(jié)省能源、流程短、設(shè)備簡(jiǎn)單,發(fā)展前景較好。(a)連續(xù)攪拌制備半固態(tài)漿料(b)漿料被送入壓室(c)壓射成型(d)壓鑄件鎂合金射鑄成形(2)觸變成形(Thixoforming)觸變成形:利用漿料連續(xù)制備器生產(chǎn)的半固態(tài)漿料鑄成一定形狀的鑄錠的成形方法,它像軟的固體一樣可以搬運(yùn)、切塊、儲(chǔ)藏,使用時(shí)將其重新加熱到半固態(tài)溫度范圍,裝入成形機(jī)進(jìn)行成形(鑄造、擠壓、軋制、模鍛

6、等)。特點(diǎn):輸送方便,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,應(yīng)用廣泛。a)連續(xù)攪拌制備半固態(tài)漿料b)半固態(tài)漿料凝固成坯料c)坯料切分d)坯料半固態(tài)重熔加熱e)坯料被送入射室f)壓射成型g)壓鑄件區(qū)別:1)多一個(gè)加熱工藝2)運(yùn)輸方便(3)鑄鍛成形--鑄造和鍛壓的復(fù)合液態(tài)模鍛、擠壓、鑄擠、軋制等半固態(tài)金屬擠壓成形半固態(tài)金屬軋制成形4.3快速凝固成形定義:冷卻速度大于102℃/s的凝固,稱為快速凝固。1、快速凝固及發(fā)展2、實(shí)現(xiàn)快速凝固的條件①金屬溶液必須被分散成液流或液滴,而且至少在一個(gè)方向上的尺寸極小,以便散熱;②必須有能帶走熱量的冷卻介質(zhì)。3、快速凝固的特點(diǎn)①快速

7、凝固速度較大,溶質(zhì)產(chǎn)生非平衡分配,是無(wú)溶質(zhì)分配的凝固;②在快速凝固條件下,固液界面的穩(wěn)定性將增加,凝固形成了平面、無(wú)偏析的等軸晶;③形成組織特殊的晶態(tài)合金;④非晶態(tài)組織的形成;⑤準(zhǔn)晶態(tài)組織的形成。雙活塞法平面流鑄造法快速凝固霧化法落管法二相法“槍”法熔體旋轉(zhuǎn)法電子束急冷淬火法熔體提取法雙流霧化離心霧化機(jī)械霧化和其它霧化法水霧化與氣體霧化法高速旋轉(zhuǎn)筒霧化法滾筒急冷霧化法旋轉(zhuǎn)電極霧化法雙輥霧化法電-流體力學(xué)霧化法表面熔化法表面噴涂沉積技術(shù)等離子噴涂沉積霧化沉積快速凝固技術(shù)急冷凝固大過(guò)冷凝固模冷技術(shù)霧化技術(shù)表面熔化與沉積小體積大過(guò)冷凝固法較大體積

8、大過(guò)冷凝固法乳化法熔滴-基底法玻璃體包裹法電磁懸浮熔化法小結(jié)1、半固態(tài)成形的定義、特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)以及半固態(tài)成形方法。2、實(shí)現(xiàn)快速凝固的條件以及常用快速凝固技術(shù)。

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