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材料加工原理之半固态铸造成形



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普通铸造 (T6)
半固态压铸 (T6)
ห้องสมุดไป่ตู้
310 提高量
27MP 337 a
屈服强度(MPa)
248 提高量 20MPa
268
延伸率(%)
3 提高量 300%
12
半固态成形技术应用
• 1978年,美国Alumax公司建成了世界上第一条 汽车零部件的触变生产线。
• 1988-1998年间,生产的铝合金汽缸,用于 Volve、BMW 、Audi等汽车
下直接送往成形设备进行成形加工,通常称为半固态金属 的流变成形(Rheoforming) 触变成形是将半固态金属浆料进一步凝固成坯料后,再按 需要将坯料分切成一定大小,把这种切分的半固态坯料重 新加热到半固态温度,然后将半固态坯料送往成形设备进 行成形加工 (Thixoforming)
高温合金半固态组织
着剪切速率的增加而降低的特性。
非常小的流动阻力和良好的成形性能。
技术核心: 固-液混合浆料获得非枝晶组织,固
相必须球化和细化,
近球形晶或等轴晶
枝晶
球形晶或 等轴晶
工艺如何实现?
半固态金属坯料制备方式
1、机械搅拌法: 是最早用于制备非枝晶组织金属的方法。
一种是由两个同心带齿的圆筒组成,内筒保持静 止,外筒旋转;另一种是在熔融的金属中利用搅 拌棒进行搅动。 存在问题:
a 铜合金 b 不锈钢 c 低合金钢
铝合金 铝基复合材料
SIMA加工过程组织变化
a 原始组织 b 挤压预变形后 C 挤压预变形后再加热 至半固态
ZL101A合金不同成型方式显微组织对比
半固态铸造
重力铸造
液态成形
半固态成形
ZL101A合金力学性能对比
合金
ZL101 A
状态 抗拉强度(MPa)

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牢记安全之责,善谋安全之策,力务 安全之 实。2020年10月21日 星期三8时23分 0秒 Wednesday, October 21, 2020
设备投资大,工艺较复杂,成本高。
电磁搅拌示意图
3、应力诱发熔化激活工艺:S.I.M.A.(Strain Induced Metl Activated) 常铸锭经过20%左右的预形变,然后加热至 半固态。
加热过程组织变化:
首先发生再结晶,然后部分熔化,使固相晶粒分散 在液相基体中,得到半固态金属成型所需的原材 料。
• 为Ford汽车公司生产的1500万件铝合金压缩机活 塞,成品率几乎为100%。
• 此外,应用于铝合金轮毂
生产效率与经济性
半固态主要特点
• 凡具有固液两相区的合金均可实现半固态加工。 可适用于铸造、挤压、锻压、焊接多种加工工艺。
• 充型平稳,无湍流和喷溅,加工温度低,凝固收 缩小。
• 铸件尺寸精度高,成形尺寸与成品零件几乎相同, 极大减少了机械加工量。

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特点:
对制备较高熔点的非枝晶组织合金具有其独特 的优越性,如不锈钢,铜合金。
增加了一道预变形工序,成本提高,锭坯尺寸 受限制。
• 4、等温处理
组织变化:
枝晶 短枝晶
枝晶碎块
颗粒
颗粒长大
均匀化
还有什么其它方法?
• 晶粒细化 • 超声波细化
半固态成形工艺
主要有两种:流变成形和触变成形 流变成形是将获得的半固态金属浆料在保持其半固态温度
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半固态铸造成形
铸造
• 砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、消失 模铸造、石膏型铸造等
• 重力铸造、低压铸造、挤压铸造
利用凝固结晶过程来控制组织的变化
金属液温度在液相线以上进行成形
铸造、 液态模锻
半固态成形
锻造、 挤压
• 20世纪70年代初,美国麻省理工学院Flemings 与Spencer等人发现了金属凝固过程中的特殊力 学行为,根据强力搅拌半凝固金属所呈现的流变 学性质.成功用搅拌方法制备出了半固态金属并 进行了铸造成形,称之为流变铸造 (Rheocasting)。

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• 凝固时间短,有利于提高生产效率。
• 主要缺点: 半固态成形技术对金属的合金成分有一定适用
范围。需具有足够大的半固态区间,并且固相率 随温度变化比较缓慢,以便于监控半固态合金的 固相率,从而实现对半固态材料制备与成形过程 的控制。
液一固相线区间范围小的合金不适合。 如纯金属、共晶合金

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相信相信得力量。20.10.212020年10月 21日星 期三8时23分0秒20.10.21
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生产效率低、固相分数30%-60%、 搅拌棒会造成熔融金属的污染。
间歇式 连续式
2、电磁搅拌法: 利用旋转电磁场在金属液中产生感应电流,
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