本文關(guān)鍵詞：半固態(tài)鑄造鋁合金材料的研究現(xiàn)狀，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

半固態(tài)鑄造鋁合金材料的研究現(xiàn)狀

發(fā)布日期：2015-12-15　來(lái)源: 中國(guó)鑄造網(wǎng)　查看次數(shù): 193　作者：[db:作者]

核心提示：　　上海交通大學(xué)印飛>王亦新洪慎章教育部高溫材料及高溫測(cè)試開(kāi)放試驗(yàn)室曾振鵬闡述了鋁合金半固態(tài)鑄造的成形工藝，半固態(tài)鑄造工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，半固態(tài)鑄造專用原材料錠坯生產(chǎn)的主要方法，展望了半固態(tài)鑄造技術(shù)的發(fā)展前

　　上海交通大學(xué)印飛>王亦新洪慎章教育部高溫材料及高溫測(cè)試開(kāi)放試驗(yàn)室曾振鵬闡述了鋁合金半固態(tài)鑄造的成形工藝，半固態(tài)鑄造工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，半固態(tài)鑄造專用原材料錠坯生產(chǎn)的主要方法，展望了半固態(tài)鑄造技術(shù)的發(fā)展前景。

　　1半固態(tài)成形工藝半固態(tài)成形的工藝過(guò)程），是將經(jīng)攪拌等工藝獲得的半固態(tài)漿體坯料在保持其半固態(tài)溫度的條件下直接進(jìn)行半固態(tài)成形（a）。由于半固態(tài)金屬漿液的保存和輸送很不方便，因而這種成形方法投入實(shí)際應(yīng)用的較少。R.Shibata等人直接在壓鑄機(jī)壓室中用電磁攪拌方法制備半固態(tài)合金漿液，然后將其擠入模具型腔成形。用此法制成的鋁合金鑄件的力學(xué)性能較擠壓鑄件高，而與半固態(tài)觸變成形的性能相當(dāng)1‘觸變鑄造或稱觸變成形（Thixofoming），是將經(jīng)攪拌等工藝獲得的半固態(tài)坯料冷卻凝固后，按所需尺寸下料，再重新加熱至半固態(tài)溫度，然后放入模具型腔中進(jìn)行成形加工（b）。由于半固態(tài)金屬坯料的加熱、輸送很方便，并且成形過(guò)程容易控制，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，因此半固態(tài)合金觸變成形是當(dāng)今半固態(tài)鑄造的主要工藝方法。

　　2半固態(tài)成形專用原材料的生產(chǎn)半固態(tài)成形工藝采用特殊方法生產(chǎn)所需組織結(jié)構(gòu)的坯料。對(duì)于鋁合金而言，一般使用對(duì)凝固過(guò)程中的液態(tài)金屬進(jìn)行電磁攪拌的方法獲得具有均勻的較為細(xì)小的球狀等軸晶粒的冶金組織，因此，凡是可使錠坯獲得這種組織的鑄造方法或其他方法皆可用于生產(chǎn)該坯料。

　　目前可生產(chǎn)這種坯料的工藝主要有6種，但只有前兩種進(jìn)入了商業(yè)化生產(chǎn)階段。①電磁流體動(dòng)力學(xué)鑄造法，即電磁攪拌法；②應(yīng)變?nèi)刍�；③機(jī)械攪拌法；④化學(xué)晶粒細(xì)化法；⑤形變熱處理法；⑥奧斯普雷法。

　　2.1電磁攪拌法首先使用電磁攪拌法生產(chǎn)半固態(tài)加工錠坯的是美國(guó)阿盧馬克斯工程金屬工藝公司（AEMP），它于1978年鑄出了符合要求的圓錠。目前，美國(guó)阿盧馬克斯鋁業(yè)公）的霍利山（Mt.Holly）鋁廠和英塔爾科（Intalco）鋁廠可用立式鑄造法和橫向鑄造法生產(chǎn)直徑75mm（3“）和150mm（6”）的MHDC圓錠，供世界各國(guó)半固態(tài)成形加工廠用。

　　為電磁攪拌鑄造法示意圖。電磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)凝固著的鋁熔體進(jìn)行強(qiáng)力攪拌，將結(jié)晶的樹(shù)枝狀晶的“枝”與“叉”打落，以形成球狀等軸晶粒組織。控制電磁場(chǎng)強(qiáng)弱、電磁線圈高度、鑄造速度、冷卻強(qiáng)度等工藝參數(shù)，就可控制晶粒大小。

　　*印飛，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海市華山路1954號(hào)（200030）半固態(tài)鑄造鋁合金材料的研究現(xiàn)狀帶外部轉(zhuǎn)子的電磁流變鑄造機(jī)示意。分流盤(pán)2.結(jié)晶器3.鋁熔體4.凝固著的鋁熔漿5.半固態(tài)鋁錠6.鑄造機(jī)錠座7.冷卻水8.轉(zhuǎn)子電磁鐵永久磁鐵轉(zhuǎn)子流變鑄造機(jī)不但可鑄圓錠，而且能鑄扁錠、方錠、空心錠等。另外，還具有如下的優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單體積也不大，可安裝在現(xiàn)有連續(xù)或半連續(xù)鑄造機(jī)上，改造工作量很小；轉(zhuǎn)子感應(yīng)器可設(shè)計(jì)制造得相當(dāng)高，例如可高達(dá)700mm，攪拌時(shí)間有所延長(zhǎng)，使鑄造組織得到進(jìn)一步的改善；每噸錠平均電能消耗2kW，因?yàn)榇艌?chǎng)是由永久磁鐵產(chǎn)生的，無(wú)任何有效功與無(wú)效功損失，功率因素非常接近1，設(shè)備造價(jià)極低。

　　流變鑄造錠坯晶粒細(xì)小、組織均勻，幾乎不存在疏松與顯微氣孔，力學(xué)性能高。為半固態(tài)鑄造件的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)與高的重現(xiàn)性創(chuàng)造了先決條件。電磁攪拌鑄造錠的晶粒尺寸一般可達(dá)60為細(xì)小的適合半固態(tài)鑄造的球狀等軸晶粒；常規(guī)半連續(xù)水冷錠的晶粒尺寸一般為100~400為粗大的柱狀樹(shù)枝晶。

　　2.2應(yīng)變?nèi)刍姶艛嚢枇髯冭T造只能鑄造直徑較大的錠坯，成形幾百克以上的較重零件，也就是說(shuō)，直徑<40mm的圓棒不能用鑄造法進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。半固態(tài)鑄造幾十克重的零件必須用直徑小的半固態(tài)坯料。目前，在工業(yè)生產(chǎn)中，這種坯料是用應(yīng)變?nèi)刍ㄉa(chǎn)的3.該法的工藝流程為，對(duì)熱擠壓或熱軋的直徑較大的棒材施加相當(dāng)大的冷變形，然后把它加熱到固相線與液相線之間的某一溫度，即固一液狀態(tài)，保溫一定時(shí)間，凝固后就可形成非樹(shù)枝狀的半固態(tài)組織。這種獲得細(xì)小球狀等軸晶粒組織的工藝，，目前還不能從理論上獲得圓滿的解釋，但一般認(rèn)為是由于恢復(fù)與再結(jié)晶的結(jié)果。

　　當(dāng)冷變形相當(dāng)大時(shí)，就會(huì)發(fā)生恢復(fù)與再結(jié)晶過(guò)程，形成新的晶界。若晶界能大于固一液界面能的2倍，這種界面就是大角晶界的表面，液相會(huì)進(jìn)入這些晶界，大的晶粒的碎化，形成細(xì)小的晶粒。在原來(lái)的樹(shù)枝狀晶粒碎化的同時(shí)，尖銳的凸起部分熔化，由于擴(kuò)散作用，凹處則發(fā)生凝固，于是液相基體結(jié)晶成細(xì)小的球狀等軸晶粒組織。

　　試驗(yàn)用SIMA法獲得的AlSi6合金晶粒的平均尺寸約為40比電磁攪拌流變鑄造的晶粒（通常平均尺寸為60，um左右）小得多。若冷卻變形率更大一些，晶粒平均尺寸可<25m.不過(guò)，在固一液區(qū)的保溫時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則晶粒會(huì)聚集長(zhǎng)大，通常，保溫時(shí)間不大于2.3機(jī)械攪拌法機(jī)械攪拌法最早用于流變鑄造生產(chǎn)，但目前在工業(yè)生產(chǎn)中很少采用，大多用于試驗(yàn)工作，雖然簡(jiǎn)單易行，但工藝參數(shù)不易控制，很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。錠坯的晶粒尺寸較大，一般為200rtn左右。此法的另一不足之處是有運(yùn)動(dòng)器械與高溫熔體接觸，且能量消耗也較大。

　　2.4化學(xué)晶粒細(xì)化法化學(xué)晶粒細(xì)化法是添加晶粒細(xì)化劑或變質(zhì)劑，增加外來(lái)晶核數(shù)目與改變結(jié)晶方式來(lái)細(xì)化晶粒與改善結(jié)晶組織，使生產(chǎn)的錠坯適合于半固態(tài)鑄造。德國(guó)已用此法生產(chǎn)半固態(tài)材料錠坯。通常，向變形鋁合金中添加A-Ti-B中間合金來(lái)細(xì)化晶粒，而鑄造鋁合金則多用Al-Sr中間合金進(jìn)行變質(zhì)處理。

　　2.5形變熱處理法形變熱處理晶粒細(xì)化法是對(duì)熱加工的鑄造材料施加一定量的冷變形，而后把它加熱到再結(jié)晶溫度以上的某一溫度，保溫適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，通過(guò)恢復(fù)與再結(jié)晶，形成適合于半固態(tài)加工的細(xì)小的球狀等軸晶粒組織。形變熱處理細(xì)化晶粒法與SIMA法的基本區(qū)別是，前者的加熱溫度低，僅比合金的再結(jié)晶開(kāi)始溫度高30°C左右；而后者的加熱溫度則相當(dāng)高，應(yīng)比合金的固相線溫度高幾度。

　　2.6奧斯普雷法奧斯普雷法又稱噴射沉積法，也可用于生產(chǎn)半固態(tài)坯料。熔融合金通過(guò)氣體（氮或氬）霧化成液滴流，以一定的速度沖向下方的成坯盤(pán)，直徑約100m的液珠在向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，受到惰性氣體流的冷卻，表面溫度迅速下降。發(fā)生凝固，形成外殼，而沉積時(shí)由于撞擊，外殼破裂，內(nèi)部正在結(jié)晶的樹(shù)枝晶破碎，形成非常細(xì)小的球狀等軸晶粒，其尺寸比原來(lái)的液滴小得多。

　　特種鑄造及有色合金2002年壓鑄專刊安徽省六安市紅外工業(yè)電爐廠地址：安徽省六安市鼓樓街大棚場(chǎng)5號(hào)為了保證半固態(tài)壓鑄生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行，模具溫度應(yīng)保持在一定范圍內(nèi)。因此，每一個(gè)壓鑄循環(huán)，金屬傳給模具的熱量Qa與模具導(dǎo)出的熱量Q出應(yīng)保持平衡：因?yàn)榘牍虘B(tài)金屬的凝固熱量比液態(tài)金屬小的多，所以，模具冷卻強(qiáng)度（包括追加冷卻、自然散熱、噴涂等）要比液態(tài)壓鑄時(shí)小。通過(guò)試驗(yàn)還證明，提高充型速度，縮短填充時(shí)間有利于提高鑄件表面品質(zhì)。

　　為半固態(tài)壓鑄的汽車(chē)空調(diào)器渦輪、空壓機(jī)連桿和水泵蓋體零件的毛坯外形照片�？梢钥闯觯牧系陌牍虘B(tài)成形性能良好，壓鑄件的外形輪廓清晰。我們對(duì)半固態(tài)制品進(jìn)行了進(jìn)一步分析測(cè)試，結(jié)果所有的半固態(tài)壓鑄零件都通過(guò)了X射線探傷檢查。

　　（上接第259頁(yè)）3結(jié)語(yǔ)半固態(tài)成形具有以往加工技術(shù)所沒(méi)有的各種特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，其節(jié)約能源，減少資源浪費(fèi)，有利于環(huán)境保護(hù)的特殊優(yōu)點(diǎn)更符合面向新世紀(jì)的金屬加工技術(shù)的特點(diǎn)，被專家們稱為21世紀(jì)新興的金屬制造關(guān)健技術(shù)之一。

相關(guān)資訊

  本文關(guān)鍵詞：半固態(tài)鑄造鋁合金材料的研究現(xiàn)狀，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。