半固态成形分析

5.易于生产复合材料与新型合金。
金属半固态成形工艺可改善复合材料中非金属材料的漂浮、 偏析以及与基体金属不浸润的技术难题，为复合材料的制备与成 形提供了有利条件。控制固态合金黏度，可以均一地掺入非金属 材料与密度差大的金属材料，生产金属基复合材料与新成分合金。 利用半固态合金的高黏性，在搅拌剪切的过程中加入密度差大的 金属或非金属材料，可以生产其他工艺所不能生产的复合材料。 在生产粒子强化、纤维强化的复合材料方面，半固态成形有着独 特的优越性。半固态成形对复合材料的成形起到很大的推动作用。
关键区别在于？
半固态成形的基本工艺路线
半固态金属浆料具有流变与触变性能，因此有两条线 路，流变成形和触变成形。
流变成形
半固态浆料直接在压力作用下流变成形。
优缺点： 短流程
节能、节材
储存运输困难
触变成形
半固态浆料铸造成锭坯，根据产品尺寸需要下料， 经过二次加热（也叫重熔加热）后，在半固态温 度下压力加工成形，成为触变成形。
• 美国已利用半固态成形生产出许多电器连接元件。半固态 成形电器连接元件与传统的机械加工相比，也具形的特殊成形机理决定了成形产品的良好的内 部组织与整体性能。由于在半固态材料的制备过程中，对合金施 加剪切搅拌作用，可以消除多种缺陷。与传统铸造成形相比，半 固态金属浆料中包含有类球形的固相颗粒，减少了凝固收缩，并 提高了补缩能力，从而减轻或者消除了缩松倾向。同时，半固态 铸造时有一个平滑的液态充模界面，减轻了气体包裹与气泡的产 生，也减轻了成分偏析，提高了材料的致密度、强度以及材料性 能的均匀性。实践证明，半固态铸件内部组织致密，内部气孔、 偏析等缺陷少，组织细小，力学性能提高，或者力学性能相当， 但塑性大大提高。
1.1 金属半固态成形（SSM）的定义
金属半固态成形（Semi-Solid Metal Forming/Processing） 是指利用金属从固态向液态或者从液态向固态两相转变过 程中的半固态区的金属具有良好的流变特性而进行的金属 成形。 金属在凝固过程中，进行剧烈搅拌，或者控制固—液 态温度区间，得到一种液态金属母液中均匀悬浮一定固相 组分的固液混合浆料，这种半固态金属浆料具有流变特性， 即半固态金属浆料具有很好的流动性，易于通过普通加工 方法制成产品，采用这种既非完全液态，又非完全固态的 金属浆料加工成形的方法，也就是半固态金属加工技术。
优缺点：
输送方便
易于实现自动化
半固态成形技术的三个关键环节
• 半固态金属材料的制备
• 二次加热 • 半固态成形
1.2 SSM的优缺点
1. 投资小，能耗小。
由于半固态成形方便简捷，省去了熔化输送、浇 注以及附加控制污染的设备，加工设备可小型化，因 此高效社能，并且易于实现自动控制。这不仅减少了 设备投资，而且改善了车间劳动条件。半固态成形时 材料的变形抗力低，可以用较小的力成形较大的零件。 试验证明，半固态轧制的轧制力仅是传统热轧的40%。 半固态铸造铝合金比传统铸造铝合金可以节能35%。
半固态成形的主要缺点：
(1)金属半固态成形技术对金属的合金成分有一定适用范围， 适合于半固态成形的合金需要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。因此，液—固相 线区间范围小的金属不适合于进行半固态成形。 例如？ 纯金属，共晶合金。
2. 成形性能好，可实现短流程生产。
半固态材料流动性能与变形性能良好，经过强烈搅拌的固相 分数为40% - 60%的半固态金属的表观黏度在0.1-10Pa.s之间，与 黄油(0.1 Pa.s)、甘油(l Pa.s)及蜂蜜( 10 Pa.s)的表观黏度相当，仅 比水或者液态金属的黏度高出2-4个数量级，表现出很好的流动 性。与固态成形相比，半固态金属中存在液相组元，塑性变形机 理不同于固态塑性成形。塑性变形主要是由于晶粒之间的旋转和 相对滑移引起的，液相起到“润滑”作用，金属流动阻力显著降 低，复杂的零件也可用很少的工步成形。由于半固态合金材料具 有特殊的流变性能，易于加工成形，半固态铸造直接可以生产出 精度较高的产品。与传统生产方法相比，半固态成形可实现近终 形生产，提高了生产率、节约了原材料。与常规金属模铸造相比， 半固态成形汽车零件生产率与成材率高的特点尤为突出。
半固态成形的技术核心是使固液混合浆料或者坯料获得非枝 晶组织，固相必须球化或者细化，合金组织一般含有10100um的球形晶、近球形晶或者等轴晶。
有的学者将金属半固态成形分成广义和狭义两个概念。 狭义上的半固体成形是指首先通过外场或者内部物理化学作 用制备半固态金属浆料或者非枝晶坯料，然后将预先制备好 的金属浆料或者非枝晶坯料冷却或者加热到半固态区进行成 形； 广义上的半固体成形是将常规铸造得到的固态金属坯料 直接加热到半固态区所进行的成形，严格意义上应称为半熔 融成型。
半固态成形
一、概述
一切金属材料在进行其它成形（轧制、锻造）之前都要经 历液固相变的凝固过程。 凝固过程研究与凝固技术的进展在冶金过程、材质控制中 发挥着越来越大的作用，同时引发了各种新型材料及其加工工 艺的诞生和发展。 金属成形一直是在固态区或者液态区进行的，而人们对许 多合金的凝固过程中的半固态区，尤其是金属动态凝固过程中 的半固态区并没有给予足够的重视，直至半固态成形技术的发 明。
A356与A&357合金半固态压铸件与永久模铸件力学性能 比较。可见，两种铸件的强度性能指标相当，而半固态 压铸件的塑性指标远远高于永久模铸件。
4.提高成形工具寿命。
半固态合金的温度比全液态合金温压低，而且由于部分凝固 已经释放，部分结品潜热，成形工具的工作温度低，因此，提高 了成形工具的使用寿命，降低了生产成本。 对大部分铝合金而言，半同态铸造温度比传统铸造生产时的 铸造温度至少低70℃，铸模的使用寿命可提高25%．铝合金半固 态铸造温度比传统铸造温度最大可以降低1200 ℃ ，大大减轻了 对模具的热冲击，模具使用寿命得到大幅度提高。