金属材料的制备与加工

金属材料的制备与加工作业
班级：Y090301 学号：s2******* 姓名：韩保杰1.镁合金压力铸造，触变铸造过程中材料的制备及加工工艺的特点与区别。

答：固态压铸和触变注射成形是较新的金属制品生产技术：
1压力铸造：该方法是将熔化的镁合金液，高速高压注入精密的金属型腔内，使其快速成形。

根据把镁液送入金属型腔的方式，压铸机可分为热室压铸机和冷室压铸机两种。

1）热室压铸机。

其压室直接浸在坩埚内镁液中，长期处于被加热状态，压射部件装在坩埚上方。

这样压铸每循环一次时，不必特意给压室供给镁液，所以生产能快速、连续，易实现自动化。

热室压铸机的优点是生产工序简单，效率高；金属消耗量少，工艺稳定；压入型腔的镁液较干净，铸件质量较好；镁液压人型腔时流动性好，适于压薄壁件。

但压室、压铸冲头及坩埚长期浸在镁液中，影响使用寿命，对这些热作件材料要求较高。

镁合金热室压铸机更适合生产一些薄壁而外观要求较高的零件，如手机和掌上电脑外壳等。

镁合金热室压铸机特点：具有生产效率高、浇注温度低、铸型寿命长、易实现熔体保护等特点；缺点是设备成本高、维修复杂且费用较高。

由于镁合金热室压铸机是针对镁合金的物化特性和压铸工艺特点而设计的压铸机，因此在镁合金压铸生产中应用最广。

2）冷室压铸机。

每次压射时，先由手工或通过自动定量给料机把镁液注入压射套筒内，因而铸造周期比热室压铸机要长些。

冷室压铸机的特点是：压射压力高，压射速度快，所以可以生产薄壁件，也可以是厚壁件，适应范围宽；压铸机可大型化，且合金种类更换容易，也可与铝合金并用；压铸机的消耗品比热室压铸机的便宜。

多数情况下，对大型、厚壁、受力和有特殊要求的压铸件采用冷室压铸机生产。

在大多数情况下，大型、厚壁、受力和有特殊要求的压铸件采用冷室压铸机生产。

镁合金冷室压铸机的特点是：（1）快压射速度提高到8-12m/s；（2）减少了增压过程的建压时间；（3）提高了压射速度和压射力；（4）采用电磁自动定量给料装置给料，以避免镁合金浇注时氧化；（5）如果采用特种压铸工艺时（如真空）设备必需配套等镁合金压铸时，由于压射速度高，当镁液充填到模具型腔时，不可避免会有金属液紊流及卷气现象发生，造成工件内部和表面产生孔洞缺陷，因此对于要求高的铸件，如何提高其成品率是镁合金压铸所面临的主要问题之一。

镁合金压力铸造的优点有-高的生产率；高精度；好的表面质量；精细的铸件晶粒；可压铸薄壁和复杂结构的产品。

镁合金压铸和铝合金压铸相比-生产率高50%；可使用钢模，延长服务寿命；更低的潜热，节省能量；好的机加工性；模具成本节省50%；熔体具有更高的流动性。

镁合金压力铸造的缺点例如-由于极高的液体填充速度和凝固速度，易产生卷入性气孔；铸件不能太厚，壁厚只能局限于一定的尺寸；便宜的压铸合金，有限的机械性能；有限的可使用压铸合金种类；由于铸件晶粒尺寸细小，抗蠕变能力较差；抗蠕变的Mg-Al-RE镁合金的铸造性较差，而且昂贵；不能进行热处理；不适合焊接。

2.触变铸造：触变铸造是将制备的非枝晶组织的棒料定量切割后重新加热至液固两相区（固相体积分数为50%—80%），然后再采用压铸或模锻工艺半固态成形，触变铸造不使用熔化设备，锭料重新加热后便于输送和加热，易于实现自动化。

除镁合金和镁基复合材料外，铝合金、锌合金以及其复合材料均可采用此种生产工艺。

采用这种工艺生产的零件除具备半固态成形的一般特点外（例如零件内部致密、凝固收缩小和近终形成形），与普通压铸相比还有操作简单和安全、效率高、切屑或碎片经碾研后回收率近100%（可免除二次精炼过程）以及更加有利于环保等特点。

因此，触变注射成形技术具有巨大的应用潜力，成为21世纪的新一代金属成形技术。

特点：加热至部分熔化状态下，传统合金在液固两相区的初生 相以发达枝晶形式存在，
这种半固态合金具有很的很大的粘度，不能够正常充型。

若对这种半固态合金施加剪切，可以得到球状初生α晶，称之为触变结构。

在一定温度下，具有触变结构的半固态合金在压力作用下粘度大幅度降低，极易充填铸型。

触变注射成形以半固态合金的触变行为为出发点，具有触变结构的半固态合金可以象热塑性材料一样流动，从而可以借助注塑原理成形。

触变注射成形的温度、压力以及涡杆转速远远高于注塑设备，但成形原理极为相似。

成形的加热系统采用了电阻和感应加热的复合工艺，将合金加热至582±2℃，固相体积分数高达60%，同时通入氩气进行保护。

触变注射成形的铸造压力高，能促进金属模具和镁合金料浆间的热传递，导致表面附近的晶粒微细化，对成形产品赋予了高耐蚀性和机械强度。

这个铸造压力还能提高产品对金属模的复制性，加强筋和凸起部的成形容易。

料浆的温度与普通压铸方法相比，低50-100℃，因而能控制产品由於热收缩而引起的尺寸变化，并提高模具的使用寿命。

此外，触变注射成形的零件可以热处理，而且不需要配备熔化炉、不使用SF6防燃气体、不产生浮渣和淤渣等，兼顾了安全性和环保要求（SF6破坏大气臭氧层）。

因此，触变注射成形技术是今後实用的成形方法。

区别：
1.首先普通压力铸造的材料必须熔炼至镁合金液，而触变铸造加热至部分熔化状态下，传统合金在液固两相区的初生α相以发达枝晶形式存在，这种半固态合金具有很的很大的粘度，不能够正常充型。

2.镁合金热室压铸机是采用冲头直接将镁合金液经过封闭的鹅颈和喷嘴压人金属模型腔，因此压射时增压压力较小，一般不适用于汽车、航天航空等大型、壁厚、载荷大的零件。

这点不如触变铸造，而冷室压铸机压射压力高，压射速度快，所以可以生产薄壁件，也可以是厚壁件，适应范围宽，但是由于极高的液体填充速度和凝固速度，易产生卷入性气孔；铸件不能太厚，壁厚只能局限于一定的尺寸。

3.可使用压铸合金种类是有限的，而触变成形可用的合金种类又比压铸的多些；
4.压铸件不能进行热处理，不适合焊接，而触变注射成形的零件可以热处理。

5.与普通压铸相比触变铸造不使用熔化设备，锭料重新加热后便于输送和加热，易于实现自动化。

6.与普通压铸相比还有操作简单和安全、效率高、切屑或碎片经碾研后回收率近100%（可免除二次精炼过程）以及更加有利于环保等特点。

因此，触变注射成形技术具有巨大的应用潜力，成为21世纪的新一代金属成形技术。

触变铸造不使用SF6防燃气体、不产生浮渣和淤渣等，兼顾了安全性和环保要求（SF6破坏大气臭氧层）。

7.触变铸造料浆的温度与普通压铸方法相比，低50-100℃，因而能控制产品由於热收缩而引起的尺寸变化，并提高模具的使用寿命。

8.在应用中：利用触变注射成形技术可以制备手机、笔记本电脑、数码照相机、摄像相机、液晶投影仪等可移动通讯器材的壳体。

座椅、方向盘等汽车零部件的成形应用也在研究开发中，但是，制备预制坯料需要巨大的投资，而且关键技术为国外少数几家公司所垄断，导致其成本居高不下，仅适于制造需高强度的关键零件。

相比之下压力铸造还是较之常用的技术。

2.挤压铸造的工艺及优缺点。

答：挤压铸造(squeeze casting)，也称液态模锻(liquid metal forging)。

挤压铸造将液态和固态金属成形原理有机结合起来，使液态金属以低速充型，在高压(50～100MPa)下凝固，最终获得致密的可以热处理的铸件。

特点：1）优点：1.挤压铸造作为一种先进的加工工艺，它兼有铸造工艺简单、成本低，又有锻造产品性能好，质量可靠等优点；挤压铸造设备提供低流速（0.05—1.50m/s）、大流量填充铸型的能力，以便使金属液平稳的填充铸型和将铸型内气体赶出，而且要求在铸型被充
满后挤压活塞能急速增压（50—150ms 内），使充满铸型的金属液在较高压力（>50Mpa）下结晶；2.它可以通过挤压活塞对铸件肥厚部分进行补缩,而压铸件一般不能补缩，因此挤压铸造可以铸造n×10mm 厚度，壁厚不均的铸件；3.挤压铸造与压铸一样只用脱模剂，所以挤压铸造凝固冷却速度与压铸一样可以达到金属型重力铸造冷却速度的3—5 倍（约300—400℃/s）,因此挤压铸件的力学性能，特别是延伸率高于其他铸造方法1—2 倍;3.挤压铸造由于只用脱模剂，不用保温涂料，铸件冷却速度快，且在高比压下结晶，液态金属紧贴铸型，故铸件尺寸精度（CT3-4 级）、表面粗糙度（<Ra6.5）等级都非常高，对于150mm 以下尺寸挤压件，在铸型上几乎可以不留缩尺,挤压铸造铸件可以与金属型重力铸造铸件一样，进行固溶及时效热处理，以大幅提高合金机械性能。

4.挤压铸造适宜于一些形状复杂、且性能上又有一定要求的产品
2）缺点：1.挤压铸造的内浇口一般开在铸件最肥厚部位，而且尺寸较大，其目的是让挤压活塞提供的压力有效的传递到铸型各部，使得金属液在高压下结晶，因此挤压铸件内浇口一般用机械加工的方法去除，不能像压铸件那样轻易敲断、去除;2.模具需预热，若不预热，导致合金熔体浇入型腔后来不及加压就已经凝固，因此，模具预热温度过低，铸件的质量难以得到保障，易于产生诸如冷隔和表面裂纹等缺陷,但预热温度也不能过高，否则会延长保压时间，降低生产率，同时也不利于喷涂润滑剂，容易发生粘模，使脱模困难，降低模具使用寿命。

3.挤压铸造工件的壁厚不能太薄，否则在结晶和成形方面都会带来一些问题，甚至产生废品。

4.室温塑性模锻件的指标比挤压铸造件要好，所以承受动载荷的能力没有模锻件为好。