半固态成型的现状
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国内半固态铸造的研究、开发与工业应用现状
• • 1、基础研究 基础研究 我国于20世纪 年代后期陆续开展了半固态金属成型技术的研究， 世纪70年代后期陆续开展了半固态金属成型技术的研究 我国于 世纪 年代后期陆续开展了半固态金属成型技术的研究，但是 这些尝试大都利用机械搅拌法进行流变铸造或触变铸造研究， 世纪80年 这些尝试大都利用机械搅拌法进行流变铸造或触变铸造研究，从20世纪 年 世纪 代后期开始，先后有不少高校和科研机构也开展了这方面的研究，比如， 代后期开始，先后有不少高校和科研机构也开展了这方面的研究，比如，北 京科技大学、哈尔滨工业大学、东南大学、 京科技大学、哈尔滨工业大学、东南大学、北京有色金属研究总院等单位从 事半固态金属加工技术的科研工作，并且自行设计了不同类型的实验设备。 事半固态金属加工技术的科研工作，并且自行设计了不同类型的实验设备。 接着又有东北大学、清华大学、沈阳金属所、南昌大学、重庆大学、 接着又有东北大学、清华大学、沈阳金属所、南昌大学、重庆大学、北京交 通大学、西北工业大学、武汉理工大学、上海大学、沈阳师范大学、 通大学、西北工业大学、武汉理工大学、上海大学、沈阳师范大学、华中科 技大学等单位进行半固态合金流变学、半固态合金微观组织、 技大学等单位进行半固态合金流变学、半固态合金微观组织、半固态金属成 形过程的数值模拟以及半固态铸造原材料制备及其成形工艺等方面的基础理 论研究取得了可喜的进展。 论研究取得了可喜的进展。 2、流变铸造研究的新进展 流变铸造研究的新进展 早期的流变铸造因浆料保存和输送困难，一度进展缓慢， 早期的流变铸造因浆料保存和输送困难，一度进展缓慢，而当时的触 变铸造虽然工艺流程较长，成本较高，仍获得了规模应用。如今为了进一 变铸造虽然工艺流程较长，成本较高，仍获得了规模应用。 步降低触变铸造生产的铸件成本和提高铸件品质， 步降低触变铸造生产的铸件成本和提高铸件品质，流变铸造再次成为主要 研究方向。许多新型的流变铸造技术正在取得突破性进展， 研究方向。许多新型的流变铸造技术正在取得突破性进展，国内的研究进 展如下： 展如下：
1、继续加强半固态成形技术的基础理论研究。 2、开发具有自主知识产权的半固态浆料制备新技术，降低坯料的生产成本，提 高生产效率。半固态金属浆料的价格始终是影响半固态成型技术发展和普及的关 键因素。因此，我们应开发具有自主知识产权的高效、优质、低成本制备技术。 3、大力开发新型合金的半固态成型工艺，努力扩展半固态成型技术的应用范围。 在引进、吸收国外先进半固态成形技术的同时，我们应该从基础理论出发，努力 开发新型优质合金的半固态成型工艺，只有这样，才能掌握半固态成型的前沿技 术，真正成为半固态成型技术的领军者。 4、国家应该鼓励相关企业参与半固态成型技术的研究，鼓励相关企业积极引进。 吸收国外先进半固态成型技术。同时采取一定的优惠政策，鼓励企业进行技术改 造，努力为广大科研单位创造试验平台，争取在最短的时间内将先进研究成果转 化为生产力
2、北京科技大学毛卫民提出了低过热度浇注和弱电磁搅拌式流变成形工 艺，已获得中国发明专利，毛卫明还提出了蛇形通道浇注式流变成形工 艺，这是一种半固态合金浆料的制备与流变成形新工艺，可进一步简化 合金浆料的制备过程，并申请了中国专利。
3、北京有色金属研究总院的张志峰等人提出了熔体分散混合式流变成形 LOGO 工艺，制备半固态金属浆料。 4、北京科技大学康永林等人发明了圆锥桶式流变成形机，实现了从浆料 制备、输送至挤压铸造的完整工艺流程。研究了AZ910D的流变挤压铸造 ，表明：与传统的挤压铸造相比，该制品的显微组织显示：球状或近似 球状的晶粒分布均匀，气孔率低。
7、华中科技大学的吴树森等人提出了超声振动式流变成形工艺。 LOGO 申请了中国发明专利。
8、清华大学唐靖林等人提出了熔体处理和双向电磁搅拌制备及流 变成形工艺。申请了中国发明专利
上海良高精密机械有限公司
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工业的应用
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目前我国已能用半固态金属成形技术生产形状复杂的机械零部件。在镁合金半固态制 品生产主要采用射铸成型；铝合金半固态主要采用触变成形。北京有色金属研究总院 已建成国内第一条年产300t的铝合金半固态材料制备生产线，能批量生产A356、A390 、7075、6061等多种合合金牌号的半固态坯料，同时还能生产半固态坯料制备装置、 流变制浆机，以及二次加热专用的加热设备。该院通过与东风汽车公司合作，采用半 固态压铸技术在生产现场实现了汽车空压机连杆和空调器涡轮两种汽车零件的批量生 产。 北京科技大学半固态金属及合金成形研究室与兄弟单位合作，组建成了半固态铝合金 触变成形生产线，进行了半固态铝合金坯料的电磁搅拌连续铸造、坯料重熔加热和触 变成形实验，成功地连续铸造出自己Φ 50-80mm×1000-3000mm的球状初生晶粒的 AlSi7Mg合金坯料。还成功地触变成形出汽车制动总浆壳及其他零件。 重庆大学与中国嘉陵集团重庆九方铸造有限责任公司研制成JH70型摩托车发动机镁合 金半固态支架。北京交通大学利用半固态流变挤压技术成功地制造出碳钢ZG230-450 基座和低合金钢齿轮和箱体。南昌大学利用流变压铸技术实现了传统压铸合金如 ADC10压铸工艺。 综上所述，在半固态金属成形技术的工业应用方面，与世界处于先进地位的国家相比 我国有相当大的差距，但是差距既是挑战，亦是机遇，在此，我提几点建议，供大家 讨论:
感谢您的关注
国内半固态的工业的提出及其科学含义
• 半固态这一概念，最初来自于美国麻省理工学院。Flemings教授领导 的研究小组发现金属材料在凝固过程中经强力搅拌后，枝晶网络骨架 被打碎而保留分散的颗粒状组织形态，这样的显微组织在固液两相区 具有很好的流动性，从而可利用常规的成型技术如压铸、挤压、模锻 等实现半固态金属的成型。 • 与传统全液态成型技术相比，它具有以下的有点： 1、在工艺方面：成形温度低，延长模具寿命（热冲击小）；节省能 源；改善生产条件和环境。 2、在产品方面：铸件质量提高（减少气孔和凝固收缩）；减少加工 余量；零件的尺寸和精度能达到近终形；扩大压铸合金的范围并可以 发展金属复合材料。
国外半固态加工技术的研究进展
• 金属半固态加工技术经过30多年的研究、开发和应用，已经在北美、欧洲、亚洲等发 达国家得到较大发展。特别是铝合金半固态加工技术在发达国家已相当成熟，进入了 工业化产生阶段，主要应用在汽车、摩托车、兵器的零部件生产。 在美国，Alumax公司在1978年使用电磁搅拌技术产生处半固态铸锭，并建成了世界上 第一条高度自动化的触变成形产生线，用于汽车零部件的生产。目前该公司的Mt holly 铝厂与Intalco铝厂已经大批量生产直径为76mm和152mm的铸锭。 在欧洲，意大利是最早将半固态加工技术商业化的国家之一。意大利Stampal公司能生 产直径为90-110mm、长度可达4m的圆坯锭。它采用触变成形技术为福特汽车公司生 产Zeta发动机油料注射挡块，齿轮箱盖和摇臂等零件。瑞士的Buhler公司于1993年初 设计制造了第一台使用于半固态金属压铸的SC卧室压铸机。 在德国，世界著名的亚琛工业大学金属成形所正进行着一项世界公认水平很高的半固 态研究项目SFB289，该项目从1996年起连续12年从德国科研协会获得资助，对半固 态进行了全面、深入呵系统的基础研究和工业开发。先后共有12个研究所和3家公司参 与合作，涉及研究领域包括冶金、材料、表面工程、摩擦技术、陶瓷、自动化控制、 热能控制技术、热能控制技术、成形技术和模拟技术。 日本于20世纪80年代后期成立了一家有18个成员组成的Rheotech公司，其成员包括三 菱重工、神户制钢、川崎制铁、古河电器等14家钢铁企业和4家有色金属公司。该公司 对半固态加工技术进行系统研究，同时加强与欧美著名大学和公司的联系。1988年3月 到1994年6月期间共投资了30亿日元进行研究开发，并正向工业应用转化。
5、东北大学管仁国等人提出波浪倾斜板浇注式流变成形工艺，是将日本 LOGO UBE公司NRC式流变成形工艺中的秦谢板改为倾斜的波浪形板，强化了 合金浇注工程中倾斜板的传热与搅动作用，有利于球状初生的形成，制 备的合金浆料可流变成形。 6、南昌大学杨湘杰等人提出的旋转倾斜圆筒式流变成形工艺合金浆料制 备技术，突破了NRC技术的专利保护，增加了倾斜圆筒的旋转，申请了 中国发明专利。
1、英国人Brunel大学的fan等人于1999年提出了双螺旋机械搅拌式流变射铸工艺 。吴树森等人对此作了进一步研究，取得了与英国人Brunel大学的fan等人的类 似结果，压铸出AZ91D镁合金试样。北京有色金属研究总院建立了双螺旋机械搅 拌式流变射铸系统，探讨了双螺旋机械搅拌式流变射铸的工艺参数对AZ91D镁合 金浆料组织的影响。
金属半固态成形技术的应用现状及发展前景
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
基于半固态金属铸造工艺的研究现状及对策探索
基于半固态金属铸造工艺的研究现状及对策探索发布时间：2021-12-29T01:48:59.143Z 来源：《中国科技人才》2021年第22期作者：郑东琴[导读] 然后对半固态金属铸造工艺的发展前景进行了分析，具体内容包括成形方法、技术优势和应用展望，以望借鉴。
纽威工业材料(大丰)有限公司江苏盐城224100摘要：本文以半固态金属铸造工艺的研究现状和对策为题，介绍了机械搅拌法、电磁搅拌法、应变诱发熔化激活法和近些年的新方法，然后对半固态金属铸造工艺的发展前景进行了分析，具体内容包括成形方法、技术优势和应用展望，以望借鉴。
关键词：半固态金属铸造工艺；机械搅拌法；电磁搅拌法；流变铸造引言：在查阅资料后得知，半固态金属铸造工艺的发展历史已经长达二十余年，在多年的发展历史中，该工艺不断发展，基于该工艺所制造的合金为非枝晶组织合金。
由于该产品具有高质量和高性能的特点，故被广泛应用于高精尖领域。
这项工艺也因此被认为是 21 世纪最具发展前景的材料制备技术。
因此，对此项课题进行研究，其意义十分重大。
一、半固态金属铸造工艺的研究现状（一）机械搅拌法就半固态合金的制备来说，机械搅拌方法使用的时间最早，Flemings 使用的搅拌装置就组成部分来说，是同心带齿内外筒，即外筒旋转而内筒静止，可以对锡-铅合金的半固态浆液进行制备。
Lehuy 利用搅拌桨分别对铜合金的半固态浆液、锌=铝合金的半固态浆液、铝-硅合金的半固态浆液进行了制备。
之后搅拌器得到了改进，利用螺旋式搅拌器对 ZA-22 合金的半固态浆液进行制备。
在改进后，浆液在搅拌方面的效果得到了改善，使型内金属液在流动方面的强度得到加强，能让金属液具有向下的压力，对浇注有促进作用，使铸锭在力学方面的性能得到提升。
（二）电磁搅拌法电磁搅拌需要对金属液的旋转电磁场进行利用，形成感应电流，金属液会在洛伦磁力影响下进行运动，进而实现搅拌金属液目标。
现阶段使旋转磁场出现的方法共有两种，首先是传统方法，将交变电流接通感应线圈。
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。
金属材料半固态凝固及成形技术进展
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
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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
固态电池行业发展现状及趋势
固态电池行业发展现状及趋势一、固态电池行业的发展现状1、半固态兼具安全、能量密度与经济性，率先进入量产阶段。
半固态电池通过减少液态电解质含量、增加固态电解质涂覆，兼具安全性、能量密度和经济性，率先进入量产阶段。
全固态电池工艺并不成熟仍处于实验室研发阶段，而半固态电池已经进入量产阶段。
半固态电池保留少量电解液可以缓解离子电导率问题，同时使用固化工艺将液态电解质转化为聚合物固态电解质，叠加氧化物固态电解质涂覆正极/负极/隔膜，提升了电池的安全性/能量密度，同时兼容传统锂电池的工艺设备达到更易量产较低成本的效果，预计半固态电池规模化量产后成本比液态锂电池高10-20%。
2、国内半固态电池率先落地，2023年开始小批量装车。
国内以市场驱动为主，短期聚焦半固态电池技术，同时布局硫化物路线。
国内短期聚焦于更具兼容性、经济性的聚合物+氧化物的半固态路线，2020年实现首次装车突破但能量密度在260Wh/kg水平，性能提升有限。
2023 年实现360Wh/kg+装车发布，成为产业化元年，2024 年预计实现规模放量。
代表厂商为卫蓝新能源、清陶能源、辉能科技等，同时传统锂离子电池企业如赣锋锂业、比亚迪、宁德时代等也已进军固态电池相关业务。
3、海外主打全固态路线，各国力争实现商业化。
各国厂商研发生产模式差异化，主要通过自行研发、联合研发及投资初创公司，以全固态路线为主，材料体系选择多样，技术迭代迅速，部分企业已交付A样将并于2025年集中量产。
美国固态电池行业初创企业风靡，商业化进程较快。
着重于推动电动车产业链本土化，拥有大量固态电池初创公司，创新为主打且风格以快速融资上市为主要目的，技术路径多为聚合物电解质和氧化物电解质，商业化进程较快。
日本组织产学研联合全力搭建硫化物技术体系，日本厂商普遍较早布局固态电池，通常以企业与机构联合研发的形式推进，主攻硫化物固态电解质。
韩国内部研发与外部合作并行，主攻硫化物技术体系。
金属半固态成型技术发展详解
4 金属半固态加工4.1概述4.1.1半固态加工的概念与特点4.1.1.1半固态加工的概念传统的金属成形主要分为两类：一类是金属的液态成形，如铸造、液态模锻、液态轧制、连铸等；另一类是金属的固态成形，如轧制、拉拔、挤压、锻造、冲压等。
在20世纪70年代美国麻省理工学院的Flemimgs教授等提出了一种金属成形的新方法，即半固态加工技术。
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(rheoforming)；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(thixoforming)。
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或半固态加工(semi-solid forming or processing of metals)，目前在国际上，通常将半固态加工简称为SSM(semi-solid metallurgy)。
就金属材料而言，半固态是其从液态向固态转变或从固态向液态转变的中间阶段，特别对于结晶温度区间宽的合金，半固态阶段较长。
金属材料在液态、固态和半固态三个阶段均呈现出明显不同的物理特性，利用这些特性，产生了凝固加工、塑性加工和半固态加工等多种金属热加工成形方法。
凝固加工利用液态金属的良好流动性，以完成成形过程中的充填、补缩直至凝固结束。
其发展趋势是采用机械压力替代重力充填，从而改善成形件内部质量和尺寸精度．但从凝固机理角度看，凝固加工要想完全消除成形件内部缺陷是极其困难的，甚至是不可能的。
塑性加工利用固态金属在高温下呈现的良好塑性流动性，以完成成形过程中的形变和组织转变。
半固态成型技术的发展与应用现状
《机电技术》2009年第1期机械设计制造半固态成型技术的发展与应用现状林文金（福建工程学院机电及自动化工程系，福建 福州 350014）摘 要：为了解决半固态成型技术中引起人们广泛关注的主要问题，加深人们对半固态成形技术的认识，以半固态成型技术区别于液态成型和塑性成型的本质为基础，采用对比讨论的方法分析了半固态成型技术的特点与优势，阐明了半固态成型技术的种类和区别，介绍了半固态成型技术的国内外应用现状。
指出了推动我国半固态成型技术长足发展和应用应该注意解决的若干瓶颈。
关键词：半固态成型 流变成型 触变成型 应用现状中图分类号：TG146.2文献标识码：A 文章编号：1672-4801（2009）01-030-03引言20世纪70年代初发展起来的半固态成型技术，使传统成型方式发生了深刻变化[1-5]。
随着研究的不断深入，半固态成型已经发展成为一项极具应用潜力的材料成型新技术，并已初步实现了工业应用。
然而，笔者在教学中发现大多数学生以及部分科技工作者对半固态成型技术发展与应用的诸多本质问题的认识仍然不够清晰。
本文对相关问题进行了阐述，以期加深人们对半固态成型技术的认识。
1 半固态成型技术1.1 半固态成型技术的提出及其科学含义半固态这一概念，最初来自于美国麻省理工学院[6]。
Flemings教授领导的研究小组发现金属材料在凝固过程中经强力搅拌后，枝晶网络骨架被打碎，成为近球状组织，此时的半固态金属具有成型时所需要的优异性能，易于通过普通加工方法制成制品，并冠以半固态成型[7-8]，一直沿用至今。
所谓半固态成型（Semi-Solid Forming），是指将含有非枝晶固相的固液混合物在凝固温度范围内加工成型的一种材料成型新技术[1,3-4]。
1.2 半固态成型技术的特点与优势金属材料从固态向液态或从液态向固态转变过程中，均经历着半固态。
三个阶段中，材料呈现出不同特性，由此产生了液态成型、塑性成型和半固态成型。
半固态成形
日本在20世纪80年代后期就组成了半固志成形公司， Speed Star Wheel公司已应用半固态成形技术牛产铝台金轮 毂。Rheotech公司包括了14个钢铁企业和4个有色金属公司， 从1988年到1994年共投资30亿日元进行开发研究半固态成形 技术。日本制钢所已批量生产镁合金半固态触变铸造机，可 以铸造壁厚为0.5mm的零件，据报道该公司已为全球制造了 100台。另外，日本宇部公司设计制造的新型流变铸造机既 可以进行半固态模锻，又可以进行触变铸造与流变铸造，该 机已出售给奥地利，在2000年投产。
(3)工艺参数控制严格，不利于实现工业生产。
由于半固态成形对固相率控制严格，这就要求温度及冷 却条件等因素控制在较小的波动范围内，这样对于工业生产 的实现提出了更高的要求。同时，利用机械搅拌制备高固相 率的半固态材料比较困难。另外，二次（重熔）加热技术是 半固态成形技术中一个重要的技术环节，在二次加热过程中 要求加热速度较快才能达到理想的效果，这样就对设备提出 了更高的要求。因此，在工业生产中某个参数稍有波动，或 者操作工人的疏忽等，都会对成形工艺有重大影响。因此， 不但技术条件要求严格，而且对操作者的素质提出了更高的 要求对操作者的素质一套严格的控制系统，并对工人的素质 进行提高，才能较好地实现工业化生产。
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
半固态触变注射成形技术在Mg合金铸造中的应用前言：近年来，随着对环保等方面要求的提高，镁合金以其质量轻、比强度高、比刚度高、减震性好、耐电磁屏蔽和易回收等特点而从众多金属材料中脱颖而出，广泛应用于航空、航天、电子和汽车等行业。
特别是目前正在用于笔记本电脑和手机壳体的制造，有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势，成为目前研究及应用的热点。
常用的镁合金成形方法主要有压铸、半固态铸造、挤压铸造等，其中压铸法是国内外广泛采用的镁合金成形方法。
但同压铸镁合金产品相比，半固态成形产品的铸造缺陷少，产品的力学性能及表面和内在质量高，此外还有节约能源、安全性好和近净成形性好等优点，因此镁合金的半固态成形受到了广泛的关注。
而镁合金半固态触变注射成形技术是目前半固态铸造技术的最新发展方向半固态浆料的内部特征是固液两相共存,在晶粒边界存在液态金属"半固态浆料主要有以下特点(1) 表观粘度半固态浆料组织特性的客观反映就是表观粘度"研究表明,半固态浆料的表观粘度与固相率密切,随着固相率的增加而增加"当浆料的固相率超过临界值时,粘度值迅速增加"(2)流变性半固态浆料的固相率为50%时,仍具有很好的流动性"这是因为金属液中的固相具有球状或类球状结构,导致半固态浆料的粘度降低"半固态浆料的流变性可分为稳态流变性和非稳态流变性"稳态流变性是指恒温恒剪切速率条件下的流变性,非稳态流变性是指连续冷却或者剪切速率变化条件下的流变性" (3) 触变性半固态金属的触变性是指表观粘度对剪切时间的依赖关系,反映了半固态浆料的依时行为"半固态浆料的表观粘度在一定的剪切速率下,随着时间的延长而逐步下降,具有可逆性"(4) 球状未熔固相颗粒半固态浆料中存在着一定分数的未熔球状或类球状固相颗粒,因此在凝固过程导致收缩减小,偏析减少"可以说正是因为球状未熔固相颗粒的存在,才使半固态浆料具有一系列的独特优点"流变成形是将金属液在从液相向固相的冷却过程中进行强烈搅拌，在一定的固相体积分数下通过压铸或是挤压的方式来成形（一步法）；触变成形则是将由搅动设备所制备的半固态铸锭重新加热至半固态进行压铸挤压成形（二步法）。