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，對合金進行攪拌，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，分布在整個液態(tài)金屬中。該合金即使固態(tài)組分達40%-60%，仍然像糊狀懸浮液，具有一定的流動性。而在剪切力較小或為零時，它又具有固體性質(zhì)，可以搬運儲藏。利用半固體合金獨特的性質(zhì)實現(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)成形的特點應用范圍廣。適合各種合金和復合材料，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，力學性能好，尺寸精度高。對成形裝置的熱沖擊小，能耗低。便于實現(xiàn)自動化，勞動生產(chǎn)率高。生產(chǎn)成本低。3、半固態(tài)成形的發(fā)展20世紀70年代初，美國MIT的博士研究生DBSpencer在研究Sn-15%wtPb合金的高溫特性時，偶然發(fā)現(xiàn)金屬的半固態(tài)力學行為和組織特點。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)合金的制備常用機械攪拌法、電磁攪拌法和應變激活工藝。間歇式機械攪拌連續(xù)式機械攪拌電磁攪拌法是利用旋轉(zhuǎn)磁場使金屬液產(chǎn)生運動，達到攪拌金屬液的目的。目前有兩種方法。一種是在感應線圈內(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。電磁攪拌應變激活工藝（Strain-inducedmeltactivationprocess，SIMA)預先連續(xù)鑄造出晶粒細小的金屬錠,再將金屬錠熱態(tài)擠壓變形，變形量要大，通

4、過變形破碎鑄態(tài)組織，隨后再加以小量冷變形，在組織中儲存部分變形能量，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)點尺寸減??；剪切力越高，則質(zhì)點形狀越趨于球形；質(zhì)點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程中的流動和變形規(guī)律即流變學；合金在熔融態(tài)和凝固過程中的流變性：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，直接進行加工成形（鑄造、擠壓、軋制、模鍛等）的方法。特點：直接獲得的半固態(tài)漿料不便于保存和輸送，發(fā)展緩慢，成熟應用有限；比觸變成形節(jié)省能源、流程短、設(shè)備簡單，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、切塊、儲藏，使用時將其重新加熱到半固態(tài)溫度范圍，裝入成形機進行成形（鑄造、擠壓、軋制、模鍛

6、等）。特點：輸送方便，易于實現(xiàn)自動化，應用廣泛。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）多一個加熱工藝2）運輸方便（3）鑄鍛成形--鑄造和鍛壓的復合液態(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①快速

7、凝固速度較大，溶質(zhì)產(chǎn)生非平衡分配，是無溶質(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冷凝固法較大體積

8、大過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、優(yōu)點以及半固態(tài)成形方法。2、實現(xiàn)快速凝固的條件以及常用快速凝固技術(shù)。