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《金屬半固態(tài)成形技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、·I14．2008年全國鋁合金熔鑄技術(shù)交流會文集金屬半固態(tài)成形技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景劉堯，李風(fēng)，胡永俊(廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院，廣東廣州510006)摘要：簡述了半固態(tài)成形技術(shù)的起源和特點(diǎn)，主要介紹了該技術(shù)的兩個重要環(huán)節(jié)一半固態(tài)合金坯料制備和半固態(tài)成形工藝，綜述了半固態(tài)成形技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：金屬半固態(tài)成形；漿料制備；成形工藝金屬半固態(tài)成形技術(shù)由美國麻省理工學(xué)院Henfings等人?提出。半固態(tài)金屬成形技術(shù)作為一種先進(jìn)的金屬加工技術(shù)，因其有凝固收縮小、偏析小、產(chǎn)品質(zhì)量較高、近終形
2、成形等優(yōu)良特性，被譽(yù)為2l世紀(jì)新一代金屬成形技術(shù)。由于半固態(tài)成形技術(shù)具有獨(dú)特的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景，在30多年的發(fā)展歷程中，半固態(tài)成形技術(shù)在制坯、重熔加熱、零件成形、組織與力學(xué)性能、加工環(huán)節(jié)數(shù)值模擬以及合金流變學(xué)研究等許多方面取得重大進(jìn)展12“J。半固態(tài)成形主要流程包括兩大關(guān)鍵技術(shù)：一是漿料的制備，二是半固態(tài)的成形工藝。本文概述了半固態(tài)漿料制備和半固態(tài)成形工藝研究現(xiàn)狀及前景，介紹了半固態(tài)成形技術(shù)的應(yīng)用情況，提出了半固態(tài)成形的發(fā)展方向。1半固態(tài)合金漿料的制備與傳統(tǒng)鑄造成形相比，半固態(tài)金屬漿料中包含有
3、類球形的固相顆粒，減少了凝固收縮，并提高了補(bǔ)縮能力，從而減輕或者消除了縮松傾向，因而組織優(yōu)良的半固態(tài)金屬漿料或坯料的制備是實(shí)現(xiàn)半固態(tài)金屬加工技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵17j。自從Nenfings舊。采用機(jī)械攪拌法制備出具有完整球形晶粒的半固態(tài)金屬后，人們根據(jù)金屬凝固理論對半固態(tài)金屬漿料或坯料的工藝和技術(shù)，進(jìn)行了研究與創(chuàng)新，目前半固態(tài)成形漿料制備主要可分為攪拌法和非攪拌法兩大類。1．1攪拌制備漿料技術(shù)攪拌制備技術(shù)主要有機(jī)械攪拌法和電磁攪拌法∽。1?。機(jī)械攪拌法是最早應(yīng)用的一種半固態(tài)漿料制備方法，通過攪拌棒或者旋轉(zhuǎn)的葉
4、片對熔體直接施加攪拌，利用半固態(tài)金屬流層速度不同產(chǎn)生的剪切應(yīng)力或者采用采用螺旋式攪拌器，來強(qiáng)化凝固過程中金屬液的流動，使枝晶折斷，從而使凝固初期的枝晶破碎、變形，形成彌散球狀固相顆粒的半固態(tài)合金。電磁攪拌法是通過電磁力改變凝固過程中熔體的流動、傳質(zhì)和傳熱，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。根據(jù)目前國內(nèi)外研究結(jié)果表明【l¨，使用機(jī)械攪拌法與電磁攪拌法制備半固態(tài)漿料，在適當(dāng)?shù)臄嚢杓袄鋮s條件下，均可獲得半固態(tài)金屬錠或成形件，其微觀組織為細(xì)小球形或等軸的固相顆粒，最小粒徑約為30肛m一50肛m。機(jī)械攪拌法裝置結(jié)構(gòu)簡單、造價低、
5、操作方便，攪拌速度、攪拌溫度和冷卻速率等工藝參數(shù)易于控制，可獲得很高的剪切速率，有利于形成細(xì)小的球形晶粒組織，是目前實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用最廣泛的方法舊]。但機(jī)械攪拌法的生產(chǎn)效率低，熔體易卷入氣體，攪拌棒的壽命短，攪拌棒腐蝕易污染半固態(tài)金屬漿料，使機(jī)械攪拌法不適宜半固態(tài)漿料的工業(yè)生產(chǎn)，無法制備高質(zhì)量的半固態(tài)金屬漿料或坯料。電磁攪拌有效解決了機(jī)械攪拌的葉片或攪拌棒腐蝕污染半固態(tài)金屬漿料的問題。另外，2008年全國鋁合金熔鑄技術(shù)交流會文集電磁攪拌參數(shù)控制靈活方便，便于控制半固態(tài)金屬漿料的生產(chǎn)，這些都是電磁攪拌制備半固態(tài)金
6、屬漿料或坯料的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。目前，電磁攪拌法制漿在半固態(tài)金屬成形實(shí)際應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位。但電磁攪拌法也存在能耗大、漏磁嚴(yán)重、成本高、設(shè)計(jì)難度大的缺點(diǎn)，使其應(yīng)用受到一定的限制。1．2非攪拌制備漿料技術(shù)非攪拌制備技術(shù)的研究主要集中于以下幾種工藝：應(yīng)變誘導(dǎo)熔體活化法112
7、、噴射沉積法[13—4l、粉末冶金法[15I、冷卻斜槽法[J6‘、低過熱度澆注法[173等。這些工藝各具特色，其中某些技術(shù)已成功應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。其中，應(yīng)變誘發(fā)熔化激活技術(shù)(SIMA)是先將合金原材料進(jìn)行足夠冷變形，然后加熱到固液兩相區(qū)間，在加熱
8、過程中，先發(fā)生再結(jié)晶，然后部分融化，使初生相轉(zhuǎn)變成顆粒狀，形成半固態(tài)材料。該方法已成功應(yīng)用于不銹鋼、銅合金等較高熔點(diǎn)合金，但由于增加了預(yù)變形工序使生產(chǎn)成本提高，與電磁攪拌法相比，它僅僅用于生產(chǎn)小直徑坯料。噴射沉積法的原理是金屬融化成液態(tài)金屬后，霧化為熔滴顆粒，在噴射氣體作用下部分凝固的微滴直接沉積在收集基板上。當(dāng)每個熔滴的沖擊能夠產(chǎn)生足夠的剪切力打碎熔滴內(nèi)部形成的枝晶時，凝固后便成為顆粒狀組織，加熱到局部融化時，從而得到具有球形顆粒固相的半固態(tài)金屬漿料。目前該方法已對鋁合金、黑色金屬以及金屬基復(fù)合材料進(jìn)行
9、了成功的試驗(yàn)。與其他方法相比，該方法成本較高，只適用于制備有特殊要求的大尺寸坯料。低過熱度澆注法工藝原理是降低澆注溫度時，合金組織逐漸得到細(xì)化，當(dāng)澆注溫度接近合金的液相線溫度時，可以獲得半固態(tài)組織。低過熱度澆注法制備半固態(tài)金屬漿料或坯料的工藝簡單，如果得到應(yīng)用，將會進(jìn)一步降低半固態(tài)成形件的價格，擴(kuò)大半固態(tài)金屬的應(yīng)用范圍。崔建忠等【l副對該方法進(jìn)行了深入的研究，取得了可喜的進(jìn)展。Mao【l釗等人還探討了澆注高度(坩堝口到鑄型上口
