半固態(tài)金屬成型技術(shù)

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1、半固態(tài)金屬成型技術(shù)及發(fā)展趨勢摘要：半固態(tài)金屬成型技術(shù)是一種新型的金屬加工技術(shù)，本文主要介紹半固態(tài)金屬的特點及其成型技術(shù)，分析半固態(tài)金屬成型技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并對其發(fā)展前景進行展望。關(guān)鍵字：半固態(tài)金屬；成型；研究現(xiàn)狀；發(fā)展前景；1.半固態(tài)金屬的特點半固態(tài)金屬的內(nèi)部特征是固液相混合共存，在晶粒邊界存在金屬液態(tài)。半固態(tài)金屬的金屬學(xué)和力學(xué)主要有以下幾個特點：(1)由于固液共存，在兩者邊界熔化、凝固不斷發(fā)生，產(chǎn)生活躍的擴散現(xiàn)象。因此溶質(zhì)元素的局部濃度不斷變化；(2)由于晶粒間或固相粒子間夾有液相成分，固相粒子間幾乎沒有結(jié)合力，因此，其宏觀流動變形抗力很低；且在特定部位容易固液分

2、離，但由于液相成分的存在，又能很容易地將分離的部位連接形成一體化；(3)隨著固相分數(shù)的降低，呈現(xiàn)黏性流體特性，在微小外力作用下即可很容易變形流動；當(dāng)固相分數(shù)在極限值（約75%）以下時，漿料可以進行攪拌，并可很容易混入異種材料的粉末、纖維等。2.半固態(tài)金屬成型技術(shù)的概述金屬材料從固態(tài)向液態(tài)或從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變過程中，均經(jīng)歷半固態(tài)階段。在這三個階段中，材料呈現(xiàn)出了不同特性，因此這三個階段的成型技術(shù)各不同，由此產(chǎn)生了液態(tài)成型、塑性成型和半固態(tài)成型。液態(tài)成型利用液態(tài)金屬呈現(xiàn)出的良好流動性，塑性成型則利用固態(tài)金屬呈現(xiàn)的較好塑性流動型，而半固態(tài)金屬成型利用了半固態(tài)金屬固液共存所呈

3、現(xiàn)的特性即流變性和觸變性，它是指對液態(tài)的金屬合金在凝固過程中加以劇烈的攪拌等處理而得到的，或經(jīng)過特殊處理的固體合金坯料加熱而得到的，具有非枝晶組織結(jié)構(gòu)，固、液相組織共存的半固態(tài)坯料在進行各種成型加工，從而得到所需形狀、性能制品的一種加工技術(shù)。5半固態(tài)金屬成型技術(shù)是一種新型的金屬加工技術(shù)，與普通的加工技術(shù)相比較，具有許多獨特的優(yōu)點：(1)被加工材料的狀態(tài)是固液混合物，而不是純液體或純固體；(2)加工溫度范圍在合金固相線溫度和液相線溫度之間；(3)材料中的固相是非枝晶形態(tài)，而不是常見的樹枝晶。(4)黏度比液態(tài)金屬高，且容易控制：模具夾帶的氣體少，減少氧化，改善材料加工性

4、能，減少模具粘接，可進行更高速的部件成形，改善表面光潔度，易實現(xiàn)自動化和形成新加工工藝；(5)流動應(yīng)力比固態(tài)金屬低：半固態(tài)漿料具有流變性和觸變性，變形抗力非常小，可以更高的速度成形部件，縮短加工周期，提高材料利用率，降低成本；(6)應(yīng)用范圍廣：凡具有固液兩項區(qū)的合金均可實現(xiàn)半固態(tài)加工。半固態(tài)金屬成型技術(shù)包括流變成形、觸變成形、擠壓成型和鍛造成型等，其中流變成形和觸變成形為主要成型方法。在金屬凝固過程中，對其施以劇烈的攪拌作用，充分破碎樹枝狀的初生固相，得到一種液態(tài)金屬母液中均勻地懸浮著一定球狀初生固相的固-液混合漿料，及流變漿料，利用這種流變漿料直接進行成型加工的方

5、法稱之為半固態(tài)金屬的流變成形；如果將流變漿料凝固成錠，按需要將此金屬錠切成一定大小，然后重新加工至半固態(tài)溫度區(qū)，這時的金屬錠一般稱為半固態(tài)金屬坯料，利用金屬的半固態(tài)坯料進行成型加工的方法稱之為觸變成形。半固態(tài)金屬成型技術(shù)示意圖如下：圖1半固態(tài)金屬成型技術(shù)示意圖半固態(tài)鍛造成型是將加熱到半固態(tài)的坯料，5在鍛模中進行以壓縮變形為主的模鍛以獲得所需形狀、性能制品的加工方法。半固態(tài)鍛造可以成型變形抗力較大的高固相率的半固態(tài)材料，并達到一般鍛造難以達到的復(fù)雜形狀，而且可以用于制造用普通鍛造難以成型的許多超合金，還能用半固態(tài)鍛造技術(shù)制造出特殊材料的耐熱零件。半固態(tài)擠壓的加工工藝和

6、熱擠壓加工的情況基本相同，即用加熱爐將坯料加熱到半固態(tài)，然后放入擠壓模腔，用凸模施加壓力，通過凹模口擠出所需制品。半固態(tài)的坯料在擠壓模腔內(nèi)處于密閉狀態(tài)，流動變型的自由度低，內(nèi)部的固相成分、液相成分不易單獨流動，除擠壓開始時若干液相成分有先行流出的傾向外，在進入正常擠壓狀態(tài)后,兩者一起從?？跀D出,在長度方向上得到穩(wěn)定均一的制品。半固態(tài)擠壓和其它半固態(tài)成型方法相比，研究得最多的是各種鋁合金和銅合金的棒、線、管、形材等制品，制品的內(nèi)部組織及機械性能容易制造均一，也容易操作，是難加工材料、粒子強化金屬基復(fù)合材料、纖維強化金屬基復(fù)合材料成型加工的不可缺少的技術(shù)。流變成形技術(shù)主

7、要包括低過熱度澆注和電磁攪拌式流變成形、SLC式流變成形、CRP式流變成形、SEED式流變成形、CSIR式流變成形等。觸變成形包括觸變壓鑄、觸變鍛造、觸變擠壓和觸變軋制等。觸變壓鑄是將半固態(tài)金屬通過一定截面的孔洞注入閉合的模具內(nèi)并合模、加壓，與傳統(tǒng)壓鑄工藝相比半固態(tài)鑄壓具有成形溫度低，凝固時間短，成形周期短，部件質(zhì)量好，微觀組織均勻，高度制動化等優(yōu)點；觸變鍛造是將半固態(tài)金屬坯料移入鍛壓模具內(nèi)，然后模具的一部分向另一部分運動并加壓成型，其優(yōu)點是：擴大了復(fù)雜成型件的范圍，材料利用率高等；觸變擠壓是將半固態(tài)金屬坯料移入擠壓腔內(nèi)，然后通過模具孔擠出成型，其優(yōu)點是：擴大了