(工艺技术)半固态金属铸造工艺
轻合金高压、低压、挤压、差压、半固态等铸造工艺与装备研发生产方案(二)
轻合金高压、低压、挤压、差压、半固态等铸造工艺与装备研发生产方案一、背景随着制造业的飞速发展，轻合金材料在汽车、航空、电子等领域的应用越来越广泛。
其中，轻合金高压、低压、挤压、差压、半固态等铸造工艺与装备对于生产高质量、高性能的轻合金产品至关重要。
然而，当前国内轻合金铸造工艺与装备在某些方面仍存在一定的短板，亟待升级和优化。
因此，本方案旨在从产业结构改革的角度，探讨轻合金铸造工艺与装备的研发生产方案，以期提升我国轻合金产业的竞争力。
二、工作原理1.高压铸造：通过高压注射将液态轻合金注入模具中，冷却后开模取出铸件。
此方法适用于生产复杂形状、高精度要求的轻合金产品。
2.低压铸造：在低压下将液态轻合金注入模具中，模具保持在一定温度下，待合金冷却凝固后开模取出铸件。
此方法适用于生产中等复杂度的轻合金产品。
3.挤压铸造：将液态轻合金注入模具中，通过施加压力将合金压入模具的各个角落，冷却后开模取出铸件。
此方法可生产高强度、高密度的轻合金产品。
4.差压铸造：通过控制模具内外的压力差，使液态轻合金在重力和压力的作用下填充模具，冷却后开模取出铸件。
此方法可适用于生产具有复杂几何形状的轻合金产品。
5.半固态铸造：将液态轻合金进行部分凝固，形成半固态浆料，然后注入模具中，进一步冷却后开模取出铸件。
此方法生产的铸件具有更好的尺寸精度和表面质量。
三、实施计划步骤1.市场调研与需求分析：深入了解国内外轻合金铸造工艺与装备的市场需求和发展趋势，明确研发目标和方向。
2.技术研究与开发：组织技术团队进行高压、低压、挤压、差压、半固态等铸造工艺与装备的关键技术研究和开发。
3.设备选型与采购：根据研发需要，选购合适的设备，确保设备的性能和质量达到预期要求。
4.工艺试验与优化：进行不同工艺的试验，找出最佳工艺参数，优化工艺流程，提高生产效率和产品质量。
5.产业转化与推广：将研发成果转化为实际生产力，推广至企业应用，促进轻合金产业的升级和转型。
金属半固态流变规律
优点： 1、降低对模具的热侵蚀，提高模具寿命 2、减少缺陷（液态金属流动带来的缺陷） 3、容易制造复合材料
3.2 力学模型及数学模型的建立
三、材料简单流变性能
1、虎克弹性体 施加载荷----变形-----
3、合金在固液态时表现的特性
金属在液相线和固相线之间的温度范围内处于 液固两相区，出于此区域的金属叫半固态金属。 实验表明金属铸造是很多缺陷都是在这个区域 内形成的，如热裂纹、缩、孔缩松等
4、流变铸造：
破碎的枝晶半固态压力铸造，枝晶达50% 流变学把物体分：粘性体、弹性体、塑性体
总应变的外 部显现。
当作用在材料上的剪应力小于某一数值时，材料 仅产生弹性形变；而当剪应力大于该数值时，材 料将产生部分或完全永久变形。则此数值就是这 种材料的屈服值。屈服值标志着材料有完全弹性 进入具有流动现象的界限值，所以又称弹性极限、 屈服极限或流动极限。同一材料可能会存在几种 不同的屈服值，比如屈服极限、蠕变极限、断裂 极限等。在对材料的研究中一般都是先研究材料 的各种屈服值。
满行腔。其优点很多，成型温度低，流动 后人又对搅拌器进行了改进，采用螺旋式搅拌器制备了ZA-22合金半固态浆液。
学者们在研究橡胶、塑料、油漆、玻璃、混凝土，以及金属等工业材料；
无涡流，卷气卷渣少，易制造符合材料。 施加载荷----变形-----撤去载荷----变形消失
当前，在 和欧洲，该项工艺技术的应用较为广泛。 金属在液相线和固相线之间的温度范围内处于液固两相区，出于此区域的金属叫半固态金属。 这个理论通过考虑了固体晶体内部和晶粒颗粒边界存在的缺陷对材料流变性能的影响，表达出材料内部结构的物理常数，亦即材料的 物理流变模型。 3 材料加工中得半固态流变规律 如果要保持应力不变，其变形连续增加 4） 减少污染和不安全因素。 在简单情况下，应力应变特性可用力学流变模型描述。
金属材料成型_6.2_半固态成形技术路线
图6-8 半固态成形技术的两种工艺路线
对于流变成形，由于把浆料制备和加工成形相承接，具有生产效率高 、整体流程短的特点，近年来发展十分迅速，不过浆料的保存和输送难度 大，设备自动化控制复杂，成本相对高。对于触变成形，浆料的制备和最 终成形可分开进行，成形厂方甚至可以不参与熔炼制浆，只需提供二次 加热，工业污染小，而且半固态坯料输送方便，易于实现自动化，因而在 国外较早得到了广泛应用，不过这种方式的缺点是坯料经过冷却和再加热 的过程，能源消耗有所增加。
图6-9 机械搅拌制备半固态浆料
b、电磁搅拌法
电磁搅拌法是目前半固态成形工业生产上最成熟最广泛被应用的制浆 方法，它是在感应线圈中通入一定相位的交变交流，从而产生变换旋转的 磁场，而金属液中便有感应电流产生，洛伦兹力就驱使金属熔体产生剧烈 运动，使非枝晶凝固模式取代传统的枝晶凝固趋势，从而获得含有球形固 相的半固态浆料。如图6-10所示，按熔体被搅拌力驱动的流动方式，一般 分为垂直式、水平式、螺旋式。电磁搅拌采用无接触式地对合金熔体进行 搅动，对合金污染极大降低，且通过调节电流、磁场强度和频率等参数就 能实现搅拌效果的控制，可以连续高效地制备坯料，适用于工业化的生产 应用。但由于电磁搅拌的集肤效应，通常认为，直径大于150mm的铸坯 不宜采用电磁搅拌法。
c、注射成型法
注射成型法是将低熔点金属颗粒进行加热至半固态成型，尺寸为几毫米的合金 粒子在料筒中边被加热边被螺旋体剪切推进，通过螺旋强制对流的搅拌作用，得 到细小均匀球状晶的半固态浆料组织，然后以高速（注塑十倍速度）注入模腔里 。这种方法非常适于相对较活泼的镁合金材料，在整个浆料制备和成型工艺中可 以不使用保护气体和防氧化剂，不需要配备熔化炉，而且不会产生浮渣、炉渣等 ，兼顾安全性和环保。
3~4半固态成型
半固态铸造生产线及自动化
半固态流变成形生产线 该系统由铝合金熔化炉、挤压铸造机、转盘式制 浆机、自动浇注装置、坩埚自动清扫、喷涂料装置等 组成。其工艺过程为：浇注机械手3将铝液从熔化炉2 中浇入制浆机4的金属容器中冷却；同时浆料搬运机 械手5从制浆机的感应加热工位抓取小坩埚，搬运至 挤压铸造机并浇人压射室中成形；随后继续旋转将空 坩埚返回送至回转式清扫装置上的空工位，并从另一 个工位抓去一个清扫过的小坩埚旋转放置到制浆机上； 制浆机和清扫机同时旋转一个角度，进入下一个循环。
半固态铸造成形装备
半固态铸造成形装备主要包括半固态浆料 制备装备、半固态成形装备、辅助装置等。 按流变铸造和触变铸造分类，又有流变铸 造装备和触变铸造装备。 半固态浆料的制备方法主要有机械搅拌、 电磁搅拌、单辊旋转冷却、单／双螺杆法等。 其基本原理都是利用外力将固液共存体中的固 相树枝晶打碎、分散，制成均匀弥散的糊状金 属浆料。最新发展的还有倾斜冷却板法、冷却 控制法、新MIT法等。
半固态铸造成形装备
一步法— 流变铸造 半固态铸造成形是在液态金属凝固的过程中进行强烈 的搅动，使普通铸造凝周易于形成的树枝晶网络骨架被打 碎而形成分散的颗粒状组织形态，从而制得半固态金属液， 然后将其铸成坯料或压成铸件。 根据其工艺流程的不同，半固态铸造可分为流变铸造 二步法— 和触变铸造两大类。 触变铸造 流变铸造是将从液相到固相冷却过程中的金属液进行 强烈搅动，在一定的固相分数下将半固态金属浆料压铸或 挤压成形，又称“一步法”； 触变铸造是先由连续铸造方法制得具有半固态组织的 锭坯，然后切成所需长度，再加热到半固态状，再压铸或 挤压成形，又称“二步法”。
半固态铸造的其他装置
流变铸造采用“一步法”成形，半 固态浆料制备与成形联为一体，装备 较为简单； 触变铸造采用“二步法”成形，除 有半固态浆料制备及坯料成形装备外， 还有下料装置、二次加热装置、坯料 重熔测定控制装置等。
轻合金高压、低压、挤压、差压、半固态等铸造工艺与装备研发生产方案(一)
轻合金高压、低压、挤压、差压、半固态等铸造工艺与装备研发生产方案一、背景随着制造业的飞速发展，轻合金材料在汽车、航空航天、电子通信等领域的应用越来越广泛。
其中，高压、低压、挤压、差压和半固态等铸造工艺在轻合金制造中扮演着关键角色。
然而，当前市场上，工艺与装备的结合尚存在诸多不足，急需升级与改进。
本方案旨在提供一种全面、先进的轻合金铸造工艺与装备研发生产方案。
二、工作原理1.高压铸造：通过高压注射器将液态轻合金注入模具，冷却后获得所需形状的铸件。
此方法适用于生产大型、结构复杂的轻合金部件。
2.低压铸造：在低压下将液态轻合金注入模具，使其缓慢冷却凝固。
此方法适用于生产中小型、对细节要求高的轻合金部件。
3.挤压铸造：将液态轻合金注入模具，通过外部压力将金属填充到模具的细微部分，冷却后获得精确形状的铸件。
此方法适用于生产需要高精度、高强度的小型轻合金部件。
4.差压铸造：利用外部气压或真空度与模具内部气压的差异，将液态轻合金吸入模具，冷却后获得铸件。
此方法适用于生产大型、结构复杂的轻合金部件，能够减少气孔等缺陷。
5.半固态铸造：将轻合金在凝固点附近进行搅拌，使其处于半固态状态，然后注入模具。
此方法适用于生产具有特殊性能要求的大型轻合金部件，如飞机起落架等。
三、实施计划步骤1.市场调研与需求分析：深入了解各行业对轻合金铸造工艺与装备的需求，为研发提供方向。
2.技术研究与开发：结合现代制造技术，对高压、低压、挤压、差压、半固态等铸造工艺与装备进行深入研究，开发具有自主知识产权的技术。
3.工艺优化与实验验证：根据市场需求和技术研究结果，对各种工艺进行优化调整，并通过实验验证其有效性。
4.装备设计与制造：根据优化后的工艺需求，设计相应的铸造装备，确保其高效、稳定和安全。
5.市场推广与应用：将研发成功的工艺与装备推向市场，提供技术支持和售后服务，确保客户能够充分利用其价值。
四、适用范围本方案适用于汽车、航空航天、电子通信等行业的轻合金铸造工厂，为其提供全面、先进的铸造工艺与装备解决方案。
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。
半固态铸造工艺简介
为追求省能 、 省资源 、 品高质量 化、 性能化 的 ２ 世 纪最 有 产 高 １ 前途的技 术材料加工技术之一。
半固态浆液是 由细小 、 的非枝晶初生 晶粒与后凝 固的 等轴
液相组成。Ｆ ｍｎｓ ｌ ｉ 等一批学者认为凝固过程中激烈搅拌 的 ｅ ｇ
合金浆液 中初始球状 、 状或花瓣状晶粒 的形成 与下列枝 晶 椭球
ｓ ｐ ｒｏ ｔ ｐ ｃｆ ｄ ｈ ｌ ｏｉ ｔｔ ａ ｔ ｇｍｅ ｈｎｉｍ ｓｗｅｌａ ａ ａｆｓｌ ｔｔ ａｔｎ ｏｐ ｅａｅ ｔｅ ｍｅ ｎｗｉｈｔｅａｌｙ ｕ ｅｉｒｙ，ｓｅ ｉｅ ａｆｓｌｄｓａｅｃ ｓｉ ｃ ａ ｓ ａ ｌ ｓｈ ｄ ｈ ｌ ｏｉ ｓａｅｃ ｉｇｔ ｒｐ ｒ ｈ ａ ｔ ｈ ｌｏ ． ｉ ｉ ｎ ｄ ｓ
Ｈａ ｆＳ ｌ ｔ ｔ ｓｉ ｇ Ｃｒ ｆ ｙ ｏ ｓｓ ｌ ｏｉ Ｓ ａ ｅ Ｃａ ｔ ａ ｔＳ ｎ ｐ ｉ ｄ ｎ
Ｐ ｈ —ｙ ｎ ＡＮ Ｚ ｉ ｏ ｇ
（ ｕ ａ ｄ ｓ ｙＰｌｔｃｎｃＣ ｌ ｇ ，Ｃ ａｇｈ １２ ８ ｕａ ） Ｈ ｎｎＩ ｕｔ ｏ ｅｈ ｉ ｏ ｅｅ ｈｎ ｓａ４ ００ ，Ｈ ｎｎ ｎ ｒ ｙ ｌ
［ ｂｔ ｃ］ Ｔｉａｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ｓｎ ｃｆ“ａ ｌ ｔｃｔｇ ｒｔ ｔ ｖｏ ｅ ｔ ｔｎｎ ｌ ｏｄｔｅ ａｉ ａ Ａ ｓ ａｔ ｒ ｈ ｔｅｎｏ ｃ ｗｃｔｇ ｒｔ ｈｆｏｄｔｅ ａｉ ａ”ｈ ｄ ｅｐ ｎｓ ａｏ ａ ｈｆ ｌ ｔｃ ｔｇ ｒ ｓｒ ｌｉｒ ｅ ｎ ａｉ ａ ｃ ｄ ｌ ｉｓ ｓｎ ｃｆ ｅ ｅ ｌｍ ｔｉ ｉ ｄ ａ ｉｓ ｓｎｅＲ ｓ ａ ｕ ｓ ａ
花状； 只要在较高的搅拌剪切速率和较低的冷却速率下， 初生
枝晶臂碎块最后会转变为球状或椭 圆状 ； 初生 固相 晶粒 的大小
半固态加工方法及特点_庄文玮
>?@A： ［ １］ FGH， JK， MNO． PQE"#$%12． RP Q， ２００４ （ １１） ： ４３－ ４６． ［ ２］ VWXY． Z[\]^E"# ＺＡ ２７ _P‘abc （ ６） ： ３８５－ ３８７ dAef． gh12， ２００２ ［ ３］ jk ， lm ． E"#n./0op ． gh12 ， ２００１ （ ３） ： ２６－ ２９ ［ ４］ rst ， uXv ． E"#gh12ABCwx． : *gh>yz_P， １９９６ （ ２） ： ２９－ ３３ ［ ５］ |} ， M~+ ， ． E"#gh_Pn., （ ３） ： ４４－ ４８ BCwx． :*gh>yz_P， ２０００ ［ ６］ ， ． E"#PQ$%12>op ［Ｍ ］ ． ： P%W， １９９９．
２．４
其他方法
制备半固态的方法还有： 液相线铸造法、 剪切冷却辊 法、 电磁脉冲法、 紊流管道法、 溅射沉积法等， 以上方法主 要在实验室应用。
２０ 世纪 ７０ 年代美 国 麻 省 理 工 学 院 Ｆｌｅｍｉｎｇ 教 授 开 发
出半固态 加 工 技 术 方 法 ， 它 是 将 普 通 铸 造 成 形 时 易 于 形 成 的树枝晶网络骨架 ， 在成型温度达到液固两相区时 ， 进行强 烈搅拌 ， 将其打碎而保留分散的颗粒状组织 ， 悬浮于剩余液 相中 ， 形成多晶核组织 ， 并且这种颗粒非枝晶的显微组织 ， 在 固相 率 达 ０．５－ ０．６ 时 仍 具 有 一 定 的 流 动 性 ， 从 而 可 利 用 常 规的成形工艺如压铸、 挤压、 模锻等实现金属的成形。
２．１
机械搅拌法
Ｆｌｅｍｉｎｇ 等人用一套由同心 带 齿 内 外 筒 组 成 的 搅 拌 装
半固态压铸资料
新型的成形技术—―半固态成形技术（SSM）是一种近终成形（Near-netshape）的成形工艺。与传统的成形工艺相比，它有一系列突出的优点：成形温度 低，成形件力学性能好，并较好地综合了固态金属模锻与液态压铸成形的优点。 本文阐述了铝合金半固态成形技术的主要工艺方法，其工艺参数与传统液态压 铸成形的差异，以及半固态成形件在不同状态下的力学性能
图1 半固态金属压铸流程图
20世纪70年代初，美国麻省理工学院Flemings等人在实验中发现了半固态金属 的流变性能，到70年代中期，Joly等人进一步探索了半固态金属的这种性能，并 出现了半固态金属加工的概念。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。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。自该技术被开发以来，已经历了30馀年的研究发展，并已召开了六次有 关半固态的国际会议，发达国家已经进入生产实用阶段。因为半固态成形技术有 一系列突出的优点：半固态金属成形技术具有高效、优质、节能和近终成形等优 点，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。
半固态金属铸造的新进展——注射成形
45～52 5 Wang K K. Peng H ,Wang N et al . Method and Apparatus for Injection Molding
专题论述
特种铸造及有色合金 2001 年第 2 期
半固态金属铸造的新进展 ———注射成形
华 中 科 技 大 学 樊自田 X 黄乃瑜 罗吉荣 吴树森
摘 要 介绍了半固态金属铸造的最新发展趋势 ———注射成形 ,它将塑料的注射成形原理应用于半固态金属铸造中 ,集
半固态金属浆料的制备 、输送 、成形等过程于一体 ,较好地解决了半固态金属浆料的保存输送和成形控制等问题 。通过简 述几种半固态金属注射成形工艺方法的原理及特点 ,试图展示半固态金属铸造技术工程应用的关键及发展方向 。 关键词 : 半固态金属成形 流变铸造 触变铸造 注射成形
molding. Proceedings of the Second International Conference on the Semi2Solid Processings of Alloys and Composites ,1992 (6) :159～169 8 Wang N ,Peng H ,Wang K K. Rheomolding2A One2Step Process for Producing Semi2Solid Metal Castings with Lowest Porosity. Light Metals Proceedings of the 125th TMS Annual Meeting ,feb 1996. 781～786 9 Kono K. Method and Apparatus for Manufacturing Light Metal Alloy. US Patent ,5836372 (Nov. 17 ,1998) .
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半固态金属铸造工艺 3.1 概述
自 1971 年美国麻省理工学院的 D.B.Spencer 和 M.C.Flemings 发明了一种搅动铸造 （stir cast ）新工艺，即用旋转双桶机械搅拌法制备出 Sr15% Pb 流变浆料以来，半固态金 属（SSM铸造工艺技术经历了 20余年的研究与发展。 搅动铸造制备的合金一般称为非枝晶 组织合金或称部分凝固铸造合金（ Partially Solidified Casting Alloys ）。由于采用该 技术的产品具有高质量、 高性能和高合金化的特点， 因此具有强大的生命力。 除军事装备上 的应用外，开始主要集中用于自动车的关键部件上，例如，用于汽车轮毂，可提高性能、减 轻重量、降低废品率。此后，逐渐在其它领域获得应用，生产高性能和近净成形的部件。半 固态金属铸造工艺的成形机械也相继推出。目前已研制生产出从 600吨到 2000吨的半固态 铸造用压铸机， 成形件重量可达 7kg 以上。当前， 在美国和欧洲， 该项工艺技术的应用较为 广泛。半固态金属铸造工艺被认为是 21 世纪最具发展前途的近净成形和新材料制备技术之 一。 3.2 工艺原理
在普通铸造过程中， 初晶以枝晶方式长大， 当固相率达到 0.2 左右时， 枝晶就形成连续 网络骨架， 失去宏观流动性。 如果在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌， 则使 普通铸造成形时易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态， 悬浮于剩 余液相中。 这种颗粒状非枝晶的显微组织， 在固相率达 0.5-0.6 时仍具有一定的流变性， 从 而可利用常规的成形工艺如压铸、挤压，模锻等实现金属的成形。
3.3 合金制备
制备半固态合金的方法很多， 除机械搅拌法外， 近几年又开发了电磁搅拌法， 电磁脉冲 加载法、 超声振动搅拌法、 外力作用下合金液沿弯曲通道强迫流动法、 应变诱发熔化激活法 （SIMA）、喷射沉积法（Spray）、控制合金浇注温度法等。其中，电磁搅拌法、控制合金 浇注温度法和SIMA法，是最具工业应用潜力的方法。
3.3.1 机械搅拌法
机械搅拌是制备半固态合金最早使用的方法。 Flemings 等人用一套由同心带齿内外筒 组成的搅拌装置（外筒旋转，内筒静止），成功地制备了锡 - 铅合金半固态浆液； H.Lehuy 等人用搅拌桨制备了铝 -铜合金、锌 - 铝合金和铝 - 硅合金半固态浆液。后人又对搅拌器进行 了改进，采用螺旋式搅拌器制备了 ZA-22合金半固态浆液。通过改进，改善了浆液的搅拌效 果，强化了型内金属液的整体流动强度， 并使金属液产生向下压力，促进浇注，提高了铸锭 的力学性能。 3.3.2 电磁搅拌法 电磁搅拌是利用旋转电磁场在金属液中产生感应电流， 金属液在洛伦磁力的作用
下产生 运动， 从而达到对金属液搅拌的目的。目前， 主要有两种方法产生旋转磁场：一种是在感应 线圈内通交变电流的传统方法；另一种是 1993 年由法国的 C.Vives 推出的旋转永磁体法， 其优点是电磁感应器由高性能的永磁材料组成， 其内部产生的磁场强度高， 通过改变永磁体 的排列方式， 可使金属液产生明显的三维流动， 提高了搅拌效果， 减少了搅拌时的气体卷入。 3.3.3 应变诱发熔化激活法（ SIMA）
应变诱发熔化激活法 （SIMA是将常规铸锭经过预变形，如进行挤压、滚压等热加工制 成半成品棒料， 这时的显微组织具有强烈的拉长形变结构， 然后加热到固液两相区等温一定 时间，被拉长的晶粒变成了细小的颗粒，随后快速冷却获得非枝晶组织铸锭。 SIMA工艺效果主要取决于较低温度的热加工和重熔两个阶段，或者在两者之间再加一 半固态金属浆液压铸或挤压成形，见图 2。 在金属液从液相到固相冷却过程中进行强烈搅动, 在一定固相分数下，直接将所得到的
个冷加工阶段，工艺就更易控制。 SIMA技术适用于各种高、低熔点的合金系列，尤其对制 备较高熔点的非枝晶合金具有独特的优越性。 已成功应用于不锈钢、工具钢和铜合金、铝合 金系列，获得了晶粒尺寸 20um左右的非枝晶组织合金，正成为一种有竞争力的制备半固态 成形原材料的方法。但是，它的最大缺点是制备的坯料尺寸较小。 334近几年开发的新方法
近几年来，东南大学及日本的 Aresty研究所发现，通过控制合金的浇注温度，初生枝 晶组织可转变为球粒状组织。该方法的特点是，不需要加入合金元素也无需搅拌。V.Dobatkin 等人提出了在液态金属中加细化剂， 并进行超声处理后获得半固态铸锭的方法， 称之为超声 波处理法，如图1所示。
3.4成形方法
半固态合金成形方法很多，主要有： (1) 流变铸造( Rheoforming, Rheocast )
AL液
图1超声波处理法示意图
图2触变铸造工艺示意图 1压铸合金2连续供给合金液 3感应加热器4冷却器5 流变铸锭6压射室7压铸模 如R.Shibata等人曾将用电磁搅拌方法制备的半固态合金浆液直接送入压铸机射室中 成形。该方法生产的铝合金铸件的力学性能较挤压铸件高，与半固态触变铸件的性能相当。 问题是，半固态金属浆液的保存和输送难度较大，故实际投入应用的不多。
美国的 EOPCO HPM Corp.、Prince Machine 、THT Presses 以及瑞士的 Buhler 公司、 意大利的 IDRA USA Italpresse of America 、加拿大的 Producer USA、日本的 Toshiba Machi ne Corp和UBE Mach in ery Services 等均已能生产半固态铝合金触变成形专用设备。 该方法对坯
料的加热、输送易于实现自动化，故是当今半固态铸造的主要工艺方法。 （3）射铸成形（Injection Molding ） 直接把熔化的金属液（而不是处理后半固态浆液）冷却至适宜的温度，并辅以一定的工 艺条件压射入型腔成形。如美国威斯康辛的触变成形发展中心， 曾采用该方法进行镁合金的 半固态铸造。美国康奈尔大学的 K.K.Wang教授等人研制出类似的镁合金射铸成形装置，将 半固态浆液从料管加入，经适当冷却后压射入型腔。 （4 ）低温连铸 所谓低温连铸就是控制金属液的过热度在 0 C左右，并在铸型下方进行强制冷却的铸造 方法，如图4所示。中心偏析是连铸中的大问题，且在连轧线材时可能会发生破断。因此， 该工艺有很大意义。
进行压铸或挤压成 （2）触变铸造（Thixoforming, Thixocast ） 将已制备的非枝晶组织锭坯重新加热到固液两相区达到适宜粘度后, 形，如图3所示。
图3触变铸造工艺示意图 1坯料2软度指示计3坯料重新加热装置 4压射室5压铸模 图4低温铸造法（CRM连续铸造示意图 （5 ）带材连铸 Flemings曾用Sn-15% Pb低熔点金属进行带材连铸试验研究，对传热、凝固及变形进 行了分析。认
为，带材厚度与轧辊的压力、固相率、流变剪切速度以及连铸速度有关。当挤 压下比压大时，则助长显微偏析。为了保证表面和内部质量及尺寸精度， 必须严格控制固相 率、初晶形态尺寸及排放金属量等半固态金属制造的工艺参数。 对高熔点金属如磷青铜 Cu-Sn-P合金（Cu-8%Sn-0.1%P，液相线温度1030C,难以热 加工，用此半固态合金制薄板有明显效果。 目前，已可以制备组织优良的半固态不锈钢铸锭、 高速工具钢铸锭。
3.5技术优势
半固态压铸工艺的优点可归纳为工艺优势和产品优势。 （1） 工艺优势
1） 不需加任何晶粒细化剂即可获得细晶粒组织，消除了传统铸造中的柱状晶和粗大树 枝晶。
2） 成形温度低（如铝合金可降低 120 C以上），可节省能源。
3） 模具寿命延长。因较低温度的半固态浆料成形时的剪切应力，比传统的枝晶浆料小 三个数量级，
故充型平稳、热负荷小，热疲劳强度下降。 4） 减少污染和不安全因素。因作业时摆脱了高温液态金属环境。
5） 变形阻力小，采用较小的力就可实现均质加工，对难加工材料的成形容易。
6） 凝固速度加快，生产率提高，工艺周期缩短。
7） 适于采用计算机辅助设计和制造，提高了生产的自动化程度。
（2） 产品优势
1） 铸件质量高。因晶粒细化、组织分布均匀、体收缩减少、热裂倾向下降，基体上消 除了缩松倾向，
力学性能大幅度提高。 2） 凝固收缩小，故成形后尺寸精度高，加工余量小，近净成形。
3） 成形合金范围广。非铁合金有铝、镁、锌、锡、铜、镍基合金；铁基合金有不锈钢、 低合金钢
等。 4） 制造金属基复合材料。利用半固态金属的高粘度，可使密度差大、固溶度小的金属 制成合金，也
可有效地使用不同材料混合，制成新的复合材料。
3.6半固态铸造技术的最新发展
3.6.1 镁合金半固态温度区间扰动和浇温对铸态组织的影响
AZ91HP镁合金在不锈钢坩埚电阻炉中升温至 720 C保温10分进行精炼处理后，在液 相线附近进行
短时保温处理， 可减小枝晶组织形成趋势； 降低处理温度、对熔体进行扰动均 加速晶粒向等轴形乃至球形发展；在半固态温度区间对熔体吹氩（ Ar）处理，使熔体扰动，