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《半固態(tài)金屬成形應(yīng)用的新進(jìn)展與前景展望》由會(huì)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、半固態(tài)金屬成形應(yīng)用的新進(jìn)展與前景展望毛衛(wèi)民趙愛民鐘雪友摘 要 論述了半固態(tài)金屬坯料制備工藝、成形工藝、半固態(tài)金屬成形件的性能和半固態(tài)金屬成形在一些發(fā)達(dá)國家應(yīng)用的最新進(jìn)展，并展望了半固態(tài)金屬成形在我國應(yīng)用的前景及意義。關(guān)鍵詞：半固態(tài)金屬 流變成形 觸變成形 力學(xué)性能在傳統(tǒng)的鑄造中，澆注的金屬都是過熱的金屬液，如壓鑄、擠壓鑄造(液態(tài)模鍛)；而在傳統(tǒng)的金屬鍛造中，坯料都是固態(tài)金屬。但從70年代至今，國外研究開發(fā)出一種嶄新的零件成形工藝，稱為金屬的半固態(tài)加工。所謂的金屬半固態(tài)加工就是在金屬凝固過程中，對其施以劇烈地?cái)嚢枳饔?，充分打碎樹枝狀的初生固相，得到一種液態(tài)金屬母液
2、中均勻地懸浮著一定球狀初生固相的固-液混合漿料(固相組分一般為50%)，即流變漿料，利用這種流變漿料直接進(jìn)行成形加工，這種方法稱之為半固態(tài)金屬的流變成形(rheoforming);如果將流變漿料凝固成鑄錠，再按需要將此金屬鑄錠分切成一定大小，使其重新加熱(坯料的二次加熱)至金屬的半固態(tài)區(qū)，這時(shí)的金屬鑄錠一般稱為半固態(tài)金屬坯料，利用金屬的半固態(tài)坯料進(jìn)行成形加工，這種方法稱之為觸變成形(thixoforming)。半固態(tài)金屬的上述兩種成形方法合稱為金屬的半固態(tài)成形或半固態(tài)加工(semi-solidformingorprocessingofmetals)［1～3］。半
3、固態(tài)金屬成形具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：鑄件凝固收縮減少，成形不易裹氣，因此鑄件致密，可以熱處理強(qiáng)化；鑄件晶粒細(xì)小，不存在宏觀偏析，性能更均勻；半固態(tài)金屬成形速度高，且易于近終化(net-shape)成形，機(jī)加工量減少；模具壽命長，所以半固態(tài)金屬成形技術(shù)在國外獲得了廣泛的應(yīng)用。1 半固態(tài)金屬坯料的生產(chǎn)半固態(tài)金屬坯料的制備是金屬半固態(tài)成形的基礎(chǔ)，目前進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用的制備工藝主要有電磁攪拌、應(yīng)變激活方法。1.1 電磁攪拌工藝電磁攪拌方法則利用電磁感應(yīng)在凝固的金屬液中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在外加磁場的作用下促使金屬固液漿料激烈地?cái)噭?dòng)，使傳統(tǒng)的枝晶組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵У臄嚢杞M織。電磁
4、攪拌不會(huì)污染金屬漿料，金屬漿料純凈，也不會(huì)卷入氣體，電磁參數(shù)控制方便靈活。將電磁攪拌技術(shù)與連鑄技術(shù)相結(jié)合可以生產(chǎn)連續(xù)的攪拌鑄錠，這是目前工業(yè)應(yīng)用的主要生產(chǎn)工藝方法，見圖1。目前，美國的阿盧馬克斯工程金屬工藝公司擁有一家半固態(tài)合金坯料生產(chǎn)廠，利用一種專有電磁攪拌方法大量生產(chǎn)φ50mm～φ152mm的鋁合金連續(xù)攪拌鑄錠，其年生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到1.6萬t，供應(yīng)本公司觸變成形使用；法國的Pechiney公司以專有的電磁攪拌技術(shù)生產(chǎn)鋁合金攪拌鑄錠；美國的Ormet公司也以法國Pechiney公司的專利技術(shù)生產(chǎn)鋁合金電磁攪拌鑄錠［3，4］。圖1 電磁攪拌連鑄示意圖1.2 應(yīng)變
5、激活工藝應(yīng)變激活(Strain-inducedMeltActivationProcess,簡稱SIMA)方法的工藝要點(diǎn)是：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，而且變形量要大，通過變形破碎鑄態(tài)組織，隨后對熱變形的坯料再施加以少量的冷變形，在組織中預(yù)先儲(chǔ)存部分變形能量，最后按需要將變形后的金屬錠分切成一定大小，加熱到固液區(qū)并適當(dāng)保溫，即可獲得具有觸變性的半固態(tài)坯料。應(yīng)變激活的工藝過程如圖2所示［5］。該工藝方法制備的金屬坯料純凈，產(chǎn)量較大，但需要很大的變形量，阿盧馬克斯工程金屬工藝公司利用該法生產(chǎn)軍用航天器中的一種小型電器零件。這種方法只適合制作
6、小型零件毛坯，也是目前工業(yè)應(yīng)用的方法之一。圖2 SIMA工藝示意圖1.3 其他工藝獲得半固態(tài)金屬漿料或坯料的方法還有：機(jī)械攪拌方法、晶粒細(xì)化熱處理方法、紊流效應(yīng)方法、超聲振動(dòng)方法、單輥旋轉(zhuǎn)方法、粉末冶金方法等［3，6～9］。這幾種方法還都處在試驗(yàn)之中，尚不能投入工業(yè)應(yīng)用。2 半固態(tài)金屬的成形生產(chǎn)2.1 流變成形半固態(tài)金屬成形工藝方法主要分為流變成形和觸變成形。由于直接獲得的半固態(tài)金屬漿料的保存和輸送很不方便，因而其發(fā)展緩慢，成熟的應(yīng)用技術(shù)有限。目前進(jìn)入實(shí)用的流變成形技術(shù)只有一種，它被稱之為射鑄(InjectionMoldingorThixomolding)技術(shù)。
7、射鑄技術(shù)只應(yīng)用于鎂合金(ASTMSpectifications-AZ91D)的半固態(tài)成形，成形件為汽車零件毛坯，它的成形原理見圖3：成形機(jī)中包含一個(gè)特殊的螺旋推進(jìn)系統(tǒng)(Extruder),并配有半固態(tài)鎂合金加熱源；當(dāng)小塊狀的鎂合金(由傳統(tǒng)的枝晶鎂合金錠剪切而成)送入螺旋推進(jìn)系統(tǒng)后，鎂合金一邊被加熱，一邊由左向右螺旋剪切推進(jìn)；到達(dá)螺旋推進(jìn)系統(tǒng)左邊的半固態(tài)鎂合金已經(jīng)具有流變性，隨后被射入模具型腔成形。射鑄件的強(qiáng)度、塑性與高壓鑄件的相當(dāng)，但射鑄件的氣孔率降低約46%，耐蝕性更強(qiáng)［10］。圖3 鎂合金射鑄技術(shù)示意圖雖然半固態(tài)金屬流變成形技術(shù)應(yīng)用較少，但是流變成形與觸變成
8、形相比，前者更節(jié)省能源、
