金属半固态成形技术的应用现状及发展前景

合集下载

半固态金属成形技术的发展与应用

半固态金属成形技术的发展与应用

半固态金属成形技术的发展与应用70年代初美国麻省理工学院的M.Flemigs和D.Spencer发现,处于固-液相区间的合金经过连续搅拌后呈现出低的表观粘度,此时在结晶过程中形成的树枝晶被粒状晶代替。

这种浆料很容易变形,只要加很小的力就可以充填复杂的型腔,从而开发出一种新的金属成形方法—半固态金属成形。

半固态金属成形可以分为流变成形和触变成形两种。

前者是利用半固态金属的流变性能,将经过强烈搅拌的金属浆料加压成形。

后者则利用金属的触变性能,将凝固的搅拌金属浆料加热至半固态再加压成形。

半固态金属成形具有能消除气孔、缩孔,提高零件的机械性能及模具寿命,减少凝固收缩,提高零件尺寸精度等优点。

半固态金属易于搬运和输送,为连续高效的自动化生产创造了条件。

在节省能源、保护环境方面也较传统的铸造方法更为优越。

目前美国、西欧已将半固态加工成形技术应用于生产。

美国军方把用流变铸造法制造复合材料坦克零件列为五年工艺研制规划之一。

在川崎制铁等18家大型公司的资助下,日本从1988~1994年成立了专门研究机构,对半固态金属的性能、制造与加工技术进行了全面的研究,目前已着手工业化生产。

我国对半固态金属成形技术的研究基本上还处于实验室阶段,离工业性生产尚有一定距离。

1半固态金属的流变特性半固态金属的流变特性是指在外力作用下半固态金属的流动、变形性能。

研究半固态金属的流变特性对半固态金属的制备和成形技术具有重要的指导意义。

当金属液中固体金属颗粒的组分大于0.05~0.1时,其流变行为即呈现非牛顿体型。

在更高的固体组分(0.5~0.6)时,浆料呈非线性粘塑性,具有宾汉(Binghan)流体的特性。

虽然合金成份、半固态金属的制造条件、固体相的形状与大小等因素对半固态金属的流变性能都有影响,但固相组分的数量对流变性能的影响最大。

通常用半固态金属的表观粘度作为其流变性的指标。

通过在一定剪切变形速度及冷却条件下的搅拌试验,测定了在不同固体组分下的铝、铜、铁半固态金属的表观粘度,见图1,并采用悬浊液的粘度公式对表观粘度与固相率的关系进行回归分析,得到如公式(1)所示的半固态金属表观粘度表示式[1]:图1固相率与表观粘度间的关系(曲线为回归结果)(1)式中:ηa—半固态金属表观粘度,Pa.s,ηLa—金属液表观粘度(Pa.s),ρm—合金密度(kg.m-3),C—凝固速度,s-1,—剪切变形速度,s-1,f s—固相率。

浅谈金属半固态成形技术

浅谈金属半固态成形技术

江苏理工学院JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY材料先进制备与成形加工技术课程论文学院名称:材料工程学院专业:机械工程2013年04 月浅谈金属半固态成形技术摘要本文综述了半固态成形技术,介绍了半固态成形技术的定义及其成形工艺,研究现状及发展应用,半固态浆料的制备方式及浆料的特点,最后对半固态技术进行了展望。

关键词半固态成形触变成形流变成形1.半固态成形技术定义金属半固态加工就是在金属凝固过程中,对其施以剧烈的搅拌作用,充分破碎树枝状的初生固相,得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固-液混合浆料(固相组分一般为50%左右),即流变浆料,利用这种流变浆料直接进行成形加工的方法称之为半固态金属的流变成形;如果将流变浆料凝固成锭,接需要将此金属锭切成一定大小,然后重新加热(即坯料的二次加热)至金属的半固态温度区,这时的金属锭一般称为半固态金属坯料。

利用金属的半固态坯料进行成形加工,这种方法称之为触变成形。

半固态金属的上述两种成形方法合称为金属的半固态成形技术。

如下图一所示。

图一半固态成形技术2、半固态加工的成形工艺目前,金属半固态成形的工艺路线主要有两种:一种是触变成形,把制浆与成形结合在一起;另一种是流变成形,将制坯和成形结合在一起。

2.1 触变成形触变成形的工艺路线是将半固态合金浆料铸造成锭坯,根据产品尺寸需要进行下料,经二次加热后,在半固态温度下进行压力加工成形。

由于半固态坯料的加热、输送工艺较为方便,并易于实现自动化操作,因而触变成形工艺在得到了广泛应用。

如半固态金属触变压铸、触变锻造、触变挤压工艺目前都已成熟,并进入实际应用。

随着触变成形工艺的推广和应用,生产实践中发现触变成形工艺也存在一些不足,如成本高,坯料损耗过多,坯料重熔时固相率难以精确控制。

工艺图如图二所示。

2.2 流变成形流变成形是将制备的半固态合金熔体直接转移到成形设备进行成形的工艺方法。

半固态金属铸造技术的发展及其应用

半固态金属铸造技术的发展及其应用
进行成形加工。
② 触变成形:利用金属的半固态坯锭进行加工。
半固态金属铸造的应用
半固态加工技术以其技术与综合经济优势,很快就从实验 研究进入工业应用,美国是其发源地,而工业应用也以美国为 先导。 目前国外已建立了许多半固态铸造厂,仅以美国为例,有 色金属公司于1994年建立的半固态铸造技术生产汽车零件的工 厂,每年可生产2400万个零部件,零件单重从10g到10kg,直 径最大达500mm。 瑞士的布勒公司于1993年生产出了第一台适用于铝合金 半固态压铸的SC压铸机,与普通的压铸相比,产品质量提高, 工艺周期缩短 。
(1)半固态金属的两种基本性质 ① 流变性:金属在半固态状态下呈现的类似液体可以流动并带有粘性的特性,
称为流变性。
② 触变性:触变性是指在一定的时间范围内,半固态浆料的粘度随剪切率的增
加,而减小的特性。
(2)半固态金属铸造成形方法 ① 流变成形:将含有一定类球状初生固相的固一液混合浆料(即流变浆料)直接
半固态铸造技术在国外已经获得较多应用,而国内尚处于基础 理论和实验研究阶段,半固态铸件的工业化生产还未普及,因此今 后需要加强这方面的工作。
半固态金属铸造技术在国外的发展
1992年美国阿卢马克斯工程金属工艺公司与索帕里奥工业公 司在阿肯萨斯州建立了全球第一家半固态模锻铝合金轮毂,进行工 业试生产,成品率几乎为100。1994年和1996年,阿卢马克斯工程 金属工艺公司在阿肯色州又分别建立了两个半固态金属铸造技术的 专业厂,主要生产制动泵体、空调箱体、离合器、悬挂件等汽车零 件,可年产10g到10kg的汽车零件3000万个。此外,美国还有数家 公司已经或正准备采用半固态成形技术生产铝合金或镁合金零件, 其产品主要着眼于汽车工业。
半固态金属铸造技术的 发展及其应用

半固态铸造工艺应用

半固态铸造工艺应用

半固态铸造工艺应用半固态铸造工艺是指在金属熔体中掺入半固态剂,通过特定的工艺条件,使金属熔体部分凝固成半固态状态,再进行铸造制造。

半固态铸造有着许多优点,例如成形良好、缩短加工周期、提高产品性能等。

以下将从原理、工艺、优缺点和应用等方面介绍半固态铸造。

一、原理半固态铸造工艺的原理在于铸造时将金属熔体掺入半固态剂,控制好半固态熔体的比例和凝固温度,使其部分凝固成良好的半固态状态。

半固态状态下的金属材料不仅具有良好的流动性,而且还具有较高的塑性和较小的收缩率,使得铸件成形更加均匀、精准。

二、工艺1、原料准备:将金属熔体和半固态剂按比例配制,控制好加热和冷却的速度。

2、熔体搅拌:在混合后的金属熔体中通过机械搅拌或气体喷吹等方式来控制其凝固和防止熔化。

3、控制温度:控制金属熔体的加热温度和冷却温度,使其快速凝固成为良好的半固态熔体,保持其流动性。

4、铸造:将半固态熔体注入模型中进行铸造,在适当的时间内完成金属熔体的凝固和冷却,取出铸件进行二次加工或直接使用。

三、优缺点1、优点:半固态铸造工艺可以有效提高铸件的成形精度和表面质量,并且能够缩短加工周期,提高产品的性能和使用寿命。

2、缺点:半固态铸造需要专业的设备和技术支持,在操作过程中需要精密控制温度和时间,成本较高。

四、应用由于半固态铸造具有许多优势,因此在航空、汽车、轨道交通、电力等重要领域的应用越来越多。

例如,航空设备制造中常采用半固态铸造工艺生产复杂形状的铝合金零部件,可以大大提高飞机的动力性能;汽车制造中,半固态铸造可用于生产大型铝制汽车零部件,如发动机缸体和曲轴;轨道交通制造方面,半固态铸造可用于生产高速列车的车架、车身等零部件,提高列车的运行速度和安全性。

综上所述,半固态铸造工艺具有成形精度高、减少加工周期、提高产品性能等优点,在各大领域的应用前景广阔。

同时,我们也要认识到半固态铸造存在一些技术难度,需要专业人士的支持和掌握。

我们期待半固态铸造技术的不断发展和改进,为我们的工业制造业带来更多的机遇和挑战。

铝合金半固态成形技术应用及发展

铝合金半固态成形技术应用及发展

铝合金半固态成形技术的应用及发展摘要:半固态成形技术是一种近终成形(near-net-shape)的成形工艺。

本文阐述了铝合金半固态成形技术的应用概况及主要工艺方法,各种半固态成形工艺的应用及其优缺点,以及铝合金半固态成形技术的发展趋势。

关键词:铝合金;半固态;成形;0前言半固态加工技术主要应用于汽车零件制造方面,另外,在军事、航空、电子以及消费品等方面也进行了产品开发。

多数情况为铝、镁合金的半固态压铸、模锻以及注射成形。

所谓半固态金属加工技术即在金属凝固过程中,进行剧烈搅拌,将凝固过程中形成的枝晶打碎或完全抑制枝晶的生长,然后直接进行流变铸造或制备半固态坯锭后,根据产品尺寸下料,再重新加热到半固态温度,然后进行成形加工。

金属半固态成形技术(semi-solid metal forming,简称ssm)是在20世纪七十年代由美国麻省理工学院学者m.c.flemings等人首次提出,该技术具有高效、优质、节能和近终成形等优点[1~3],可以满足现代汽车制造业对有色合金铸件高致密度、高强度、高可靠性、高生产率和低成本等要求,因此倍受汽车制造厂商以及零部件配套生产厂商的重视。

1.半固态成形工艺半固态金属加工技术主要有两种工艺:一种是将经搅拌获得的半固态金属浆料在保持其半固态温度的条件下直接进行半固态加工,即流变成形(rheoforming);另一种是将半固态浆料冷却凝固成坯料后,根据产品尺寸下料,再重新加热到半固态温度,然后进行成形加工,即触变成形(thixoforming),后者在目前的生产条件下占主导地位。

通常铝合金的半固态加工技术主要有三道工序:半固态坯料的制备、二次重熔和触变成形。

触变成形作为半固态加工技术的最后一道工序,是影响半固态成形件组织和性能的关键工序,直接影响着半固态成形件的组织和性能。

半固态金属加工技术可分为半固态金属铸造法和锻造法。

1.1半固态铸造工艺半固态压铸工艺是目前半固态金属铸造成形的主要成形工艺。

金属材料半固态凝固及成形技术进展

金属材料半固态凝固及成形技术进展
景 作 了 简单 的 总 结 和 展 望 。
关 键 词 :金属材 料 ;半 固态 ;凝固 ;成形
中 图分 类 号 :T 24 3;T 2 9 2 G 4 . G 4 .
文 献 标 识 码 :A
文 章 编 号 :17 6 4—3 6 ( 0 0 0 0 2 0 9 2 2 1 ) 7— 0 7— 7
KANG n ln, S Yo g i ONG n o, YANG i q n Re b L u i g, ZHANG a Fn
( tt yL b rtr o v n e tl a dMae as c olo trasS in ea d E gn e n SaeKe a oao frAd a c d Meas n tr l,S h o fMae l ce c n n ie r g. y i i i
来越广泛的关 注 ,对半 固态凝 固成形 技术 的研究 已成为 近 年 国内外金属材料领域竞相开展 的一个方 向。 从 19 9 0年至 20 0 8年 ,国际上先 后 召开 了 1 0届合 金 及 复合 材料 半 固态加 工学 术研 讨会 ,2 1 0 0年 9月 将在 北
U i ri f c n eadT cnlg e ig e ig1 0 8 ,C ia nv syo i c n e hooyB in ,B in 0 0 3 hn ) e t Se j j
Ab t c :T e hs r a d c r n i a o 0 smi o d sl ic t n a d fr ig tc n lg eeg n r l i r. s r t h i oy n ur t t t n fr e — l o df a o n m n e h o y w r e ea y n o a t e su i si ii i o o l t

半固态加工技术的发展及其研究现状

半固态加工技术的发展及其研究现状

技术瓶颈与挑战
流变行为复杂
半固态加工过程中,材料的流变行为受多种因素影响,如温度、 应变速率等,导致加工过程难以控制。
界面问题
在半固态加工过程中,由于固液两相的存在,界面问题成为一大挑 战,如固液界面稳定性、颗粒分散等。
设备与工艺匹配
半固态加工需要特殊的设备和工艺,如何实现设备和工艺的匹配, 提高加工效率是亟待解决的问题。
未来发展前景与展望
拓展应用领域
随着半固态加工技术的不断成熟, 其应用领域将进一步拓展,如航 空航天、汽车、新能源等领域。
绿ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ可持续发展
半固态加工技术具有节能减排的潜 力,未来将在绿色可持续发展领域 发挥重要作用。
智能化与自动化
随着智能制造技术的发展,半固态 加工将实现智能化与自动化,提高 加工效率和产品质量。
01
02
03
汽车工业
研究半固态加工技术在汽 车零部件制造中的应用, 提高零部件的性能和轻量 化水平。
航空航天工业
探索半固态加工技术在航 空航天领域的应用,满足 高性能、轻质材料的需求。
电子产品
研究半固态加工技术在电 子产品外壳、连接器等制 造中的应用,实现产品的 小型化、轻薄化。
04 半固态加工技术的挑战与 前景
输标02入题
应用领域:航空航天业
01
03
优势特点:半固态加工技术能够控制零件的内部结构 和微观组织,提高零件的疲劳寿命和可靠性,满足航
空航天器的高性能要求。
04
技术应用:半固态加工技术用于制造航空航天器的关 键零部件,如发动机叶片、机翼结构件等。
成功应用的案例三
案例名称
医疗器械制造
应用领域
医疗器械制造业

半固态金属成形技术

半固态金属成形技术

半固态加工的主要成形手段有压铸和锻造
其工艺路线有两条:
一是将半固态金属浆料冷却凝固后下料, 再将此半固态金属坯料重新加热到半固态 温度进行成形, 通常称为触变成形。
另一条是将搅拌获得的半固态浆料在保持 其半固态温度条件下, 直接成形, 称为流 变铸造。
五、半固态金属加工的适用范围
合金
铝、镁、锌、铜、镍、钢铁等有较宽液-固 共存区的合金体系均适用。尤其是低熔点的铝镁 最为适用, 因此, 目前铝合金及镁合金利用半固 态加工技术, 大批量生产其零部件并已获得广泛 应用。
六、具体应用实例
斜板法对球墨铸铁结构的影响
什么是斜板法?
斜板法是一种将剪切应力应用于生产具有球状 半固态铸件的新方法。在这种方法中,适当过热的融 化的金属在流过斜板后被浇注进模具中。由于在金属 和斜板之间的热转移,固态形核发生了。然后,由于 剪切应力和金属流动,形核颗粒从表面分离。这些颗 粒进而分散到金属中。在斜板法中,像过热,斜板长 度,模具材料,倾斜,斜板材料这些因素都影响最后 的微观结构。
影响因素和最佳工艺参数
斜板法中,板的长度和倾斜度对铸件 结构有比较大的影响
最佳的石墨球形化和固态颗粒球形化 的条件为:冷却速率为67 K·s−1,倾斜板 的倾斜角度为7.5度,倾斜板的长度为 560mm。结果还显示,当全部的加工时间很 短的时候,倾斜板很容易阻止变质剂失效。
优点:
与压铸方法和传统的铸造方法相比, 这种方法有更好的机械性能,并且减少 孔隙率,这是由于缩减体积的减少以及 更能均匀的填充模具。
与传统金属加工的方法比较
传统的金属加工方法主要分为压力加工和 铸造加工,而半固态加工被世人称为现代冶金 加工新技术, 以上三种方法分别利用了金属固 有的特性进行加工成形。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

磁搅拌 制备半 固态 金 属 浆 料或 坯 料 的独 特 优 点. 目 前, 电磁 搅拌法 制 浆在 半 固态 金属 成 形 实 际应 用 中
占据 主导地 位. 电磁搅 拌法 也存在 能耗 大 、 磁严 但 漏
缩能力 , 从而减轻 或者消 除 了缩 松倾 向, 因而组织 优 良的半 固态 金属浆 料或坯 料的制备 是实现半 固态 金 属加工技术 的基础及 关 键 . 自从 F e n s 1 g 等人 ] mi 8
制, 可获 得很高 的剪切速 率 , 有利 于形成细 小 的球 形
晶粒组织 , 目前 实验室 中广 泛应用 的方 法 . 是 j 由于
收 稿 日期 : 0 8O — 5 2 0 一6 2
作 者 简介 : 尧 ( 94 ) 男 , 北荆 门人 , 士研 究 生 刘 18 一 , 湖 硕
第 2卷
第 4期
刘尧 . : 属 半 固 态 成形 技 术 的应 用 现 状 及 发 展 前 景 等 金
35 O
无法 制备高 质量 的半 固态 金属 浆料或 坯料.
固态浆 料 , 在适 当 的搅 拌及 冷却条 件下 , 均可 获得半
1 半 固态 合 金 浆料 的制 备
与传统铸造 成形 相 比, 固态 金属 浆 料 中包 含 半
有类球 形 的固相颗 粒 , 少 了凝 固收缩并 提 高 了补 减
固态 金属锭或 成 形件 , 微 观 组织 为 细 小球 形 或等 其 轴 的固相颗粒 , 最小粒 径约 为 3 ~5 m. O 0 机 械搅拌法 装 置结 构 简 单 、 价低 、 作 方 便 , 造 操 搅拌速 度 、 搅拌 温 度及 冷 却 速率 等 工 艺 参数 易 于控
第 2卷第4 期 材料研究与


V o1 2, . NO. 4 De c.2 OO 8
2OO 8年 l2月
M A TERI LS RESEAR CH A AN D PPLI A CAT I) ( N
文章 编 号 :6 3 9 8 ( O 8 O 一 3 4 O l 7 — 9 1 2 O ) 4O O 一 5
切应力 , 或者采 用 螺旋 式搅 拌 器 来 强化 凝 固过 程 中
性能、 加工环节 数 值模 拟 以及合 金 流变 学研 究 等许
多方 面取得重 大进展 [ . 2 刮
半 固态成形 包 括两 大关 键 技 术 , 是 浆料 的制 一
金属液 的流动使 枝 晶折 断 , 而 使凝 固初 期 的枝 晶 从 破碎 、 变形 , 形成 弥 散球 状 固相颗 粒 的半 固态 合金 .
半 固态金属成 形技术 作为 一种先进 的金属 加工
或坯料 的工艺及技 术进行 了研究 与创新 . 目前 , 固 半
技术 , 因其 具有凝 固收缩小 、 偏析 小 、 品质 量较 高 、 产
近终成形 等优 良特 性 , 被誉 为 2 世 纪新一代 金属 成 1 形技 术, 由美 国 麻 省 理 工 学 院 Fe n s等 人 提 l mig 出u . 固态成形 技术 具有独 特的技术 、 半 经济 优势及 广 阔的应 用前 景 , 3 在 O多年 的发 展历 程 中 , 固态 半 成 形技 术在 制坯 、 熔 加热 、 重 零件 成形 、 织与 力学 组
电磁搅 拌法 是通过 电磁力 改变凝 固过程 中熔体 的 流
备, 二是 半 固态 的成形工 艺. 本文 概述 了半 固态浆 料
制备 和半 固态成 形 工 艺研 究 现状 及前 景 , 绍 了半 介 固态成形 技术 的应 用 情况 , 出了半 固态 成形 的发 提
展 方 向.
动、 传质 及 传热 , 到 细化 晶粒 的 目的. 内外 研究 达 国 结果 表 明n 使 用机 械搅拌 法 及 电磁搅 拌 法制 备半 ,
低合金 钢 z 2 Mn r Mo的 半 固态 浆 料 , 究 了 G 5 C Ni 研 保 温温 度及保 温时 间对组 织形态 以及 晶粒 尺寸 的影
响规律.
电磁搅 拌法有效 地解决 了叶片或搅 拌棒腐 蚀 污
染半 固态金属浆 料 的问题. 另外 , 电磁搅 拌参数 控制
方便 , 于控 制半 固态金属 浆料 的生产 , 便 这些都 是 电
金属 半 固态成 形技 术 的应 用现 状及 发 展 前 景
刘 尧 ,李 风 ,胡 永俊
( 广东 工 业 大 学材 料 与 能 源学 院 , 东 广 州 5 O0 ) 广 1。 6 摘 要 : 述 了 半 固 态成 形 技 术 的 半 固态 合 金 浆料 的制 备 及 半 固 态 成 形 工 艺 , 点 介 绍 了 搅 拌 、 搅 拌 综 重 非
态 成形浆 料 制 备 主要 可 分 为搅 拌 法 和 非 搅 拌法 两
大类 . 1 1 搅 拌 法 .
搅 拌制备技 术 主要 包括 机械搅 拌法 和电磁搅 拌 法 . 机械 搅拌 法 是 最 早 应 用 的一 种 半 固态 浆 料
制备方 法 , 通过 搅 拌棒 或 者旋 转 的 叶片对 熔 体直 接 施加搅拌 , 利用 半 固态 金 属 流层 速 度 不 同产 生 的剪
浆 料 制备 方 法 的优 缺 点 及触 变 、 流变 成 形 工 艺 的特 点 , 阐述 了 半 固态 成 形 技 术 工 业 化应 用 的 现 状 和 发 并
展前景.
关 键 词 : 属半 固态 成 形 ; 料 制 备 ; 形 工艺 金 浆 成
中 图 分类 号 : TGl 6 9 5.4 文 献标 识码 : A
机 械搅 拌法 的生产 效率低 、 易卷 入气 体 、 搅拌 棒 的寿 命短及 搅拌棒 腐 蚀 易污 染 半 固态 金 属 浆料 , 因此 机 械搅拌 法不适 宜应 用 于 半 固 态浆 料 的 工业 生 产 中 ,
采用机 械搅拌 法制备 出具有完 整球形 晶粒 的半 固态
金属后 , 人们根 据金 属 凝 固理 论 对半 固态金 属 浆料
相关文档
最新文档