半固态金属铸造工艺

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半固态压铸工艺

半固态压铸工艺

半固态压铸工艺
嘿,你知道吗,有一种超厉害的工艺,叫做半固态压铸工艺。

我记得有一次去参观一家工厂,就亲眼看到了这个工艺的神奇之处。

当时我走进车间,就被各种机器设备吸引住了。

然后就看到工人们正忙碌地操作着,在一个区域,他们正把一些金属材料放进一个特殊的装置里,这就是半固态压铸的设备啦。

只见那些金属材料在里面经过一系列处理后,慢慢变成了一种很奇特的状态,有点像软软的面团,但又不完全是。

接着,这些处于半固态的金属就被准确地注入到模具中,然后经过压铸,不一会儿,一个个形状精美的零件就出来啦!我当时就特别惊讶,原来这些我们生活中用到的好多东西都是通过这样的工艺制造出来的呀。

这个半固态压铸工艺可真不简单呢!它能让金属材料在半固态的状态下更好地成型,生产出来的东西质量更好,也更耐用。

而且它还很高效,能大大提高生产的速度。

就好像一个神奇的魔法师,把那些普通的金属变成了各种各样有用的宝贝。

哎呀呀,这就是半固态压铸工艺啦,是不是很有意思呀!真的是一种超级实用又厉害的工艺呢!。

镁合金半固态压铸技术

镁合金半固态压铸技术

镁合金半固态压铸技术哎呀,说起这个镁合金半固态压铸技术啊,我可得好好跟你唠唠。

这玩意儿,听起来挺高大上的,其实呢,就是把镁合金这种轻飘飘的材料,通过一种特殊的压铸方法,做成各种形状的零件。

这技术,可真是个好东西,轻巧、结实,用在汽车、飞机上,那可是能减轻重量,提高燃油效率的。

记得有一次,我去参观了一个工厂,那里面就用了这种技术。

一进门,就看到一排排的机器,轰隆隆地响个不停。

我心想,这得是多复杂的工艺啊。

结果,你猜怎么着?其实这技术说起来也不难,就是把熔化的镁合金,冷却到半固态的状态,然后压铸成型。

我看着那些工人,他们操作着机器,把熔化的镁合金倒进模具里。

那镁合金,一开始是液体,亮晶晶的,像水一样流动。

但是,等它冷却到半固态,就变得有点像果冻,软软的,但又有一定的形状。

这时候,机器一压,嘿,那镁合金就乖乖地变成了想要的形状。

我还记得,那个工厂的师傅跟我说,这种技术的好处可多了。

首先,它做出来的零件,质量轻,强度高,用在汽车上,能减轻车重,提高燃油效率。

其次,这种压铸技术,生产效率高,成本也低,对环境的影响也小。

你看,这技术,既环保又经济,多好啊。

我在那工厂里转悠了半天,看着那些工人忙碌的身影,听着机器的轰鸣声,心里有种说不出的感慨。

这技术,虽然听起来复杂,但其实,它就是把简单的物理原理,用到了极致。

把熔化的金属,冷却,压铸,就成了我们生活中不可或缺的零件。

最后,我离开工厂的时候,回头望了望那些还在忙碌的机器,心里想,这镁合金半固态压铸技术,真是个了不起的发明。

它不仅让我们的生活更加便捷,还让我们的环境更加美好。

这技术,虽然不起眼,但却是现代工业的一颗璀璨明珠啊。

第9章半固态成形技术 PPT

第9章半固态成形技术 PPT

2、半固态金属的组织特性、形成机理与力学行为
(1) 非枝晶的形成与演化
图7 Al-20Cu合金未搅拌和机械搅拌(流变铸造)状态的凝固组织
液体金属在凝固过程中搅拌且激冷,其结晶造成固体颗粒的初始形貌 呈树枝状,然后在剪切力作用下,枝晶会破碎,形成小的球形晶,图7 未常规铸造和半固态铸造的组织对比,可见利用流变铸造方法生产的半 固态金属具有独特的非枝晶、近似球形的显微结构。球形组织的形成过 程?
(2) 半固态金属的力学行为
下表为用不同加工方法获得的A356铝合金的力学性能,从表中可以看出, 半固态金属加工技术的优越性。如触变成形并在T6状态下的性能较金属型 铸造所获得的合金有更好的力学性能,并与锻件的性能相近。
注:SSM为半固态加工;PM为金属型铸造;CDF为闭模锻造
几种铸造方法铸件性能比较
图2 半固态金属的内部结构: (a) 高固相分数, (b) 低固相分数
半固态金属的金属学和力学 主要有以下几个特点:
• 由于固液共存,在两者界面不断 发生熔化、凝固,产生活跃的扩 散现象,因此,溶质元素的局部 浓度不断变化;
• 由于晶粒间或固相粒子间夹有液 相成分,固相粒子间几乎没有结 合力,因此,其宏观流动变形抗 力很低;
根据所研究的材料,可分为有色金属及其合 金的低熔点材料半固态加工和钢铁材料等料半固态成形研究
铝、镁、铅、铜 研究重点在成形工艺的开发
铝合金半固态加工技术(触变成形)已经成熟并进入 规模生产,主要应用于汽车、电器、航空航天领域。
②高熔点黑色金属的半固态成形研究
图8 球形微粒固态金属加工两种方法(流变成形和触变成形)的工艺流程图
半固态浆料搅动时的组织演变受很多因素影响,半固态浆料的 温度、固相分数和剪切速率是三个基本因素。

3~4半固态成型

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。

半固态成型介绍

半固态成型介绍

半固态成形1.引言材料的微观结构是材料科学和工程的核心内容,是材料加工和材料行为之间的关键纽带。

因此对材料在成形过程中微观结构的有效控制成为材料工作者孜孜追求的目标。

对于大多数材料来说,尤其是金属材料,凝固是最重要的成形途径。

在过去数十年中,凝固过程中微观结构形成这一领域的基础科学理论和实践均取得了重大进展.材料微观组织特征形貌的形成依赖于生长前沿液固相界面的形状和条件,以及在固态冷却时的相变过程。

在熔体中固相生长前沿是一个自由边界层问题,因此液固界面形状在凝固过程中的演化十分复杂.科研工作者们对于在凝固过程中外在因素,诸如微重力场、电磁场、超声场等对于微观组织的影响进行了广泛深入的研究。

其中由外场引起的强制对流对凝固组织的影响成为材料科学的基础研究领域之一,而强制对流在金属熔体凝固过程中对微观组织及其流变性能的影响同时促进了一门新兴加工技术的发展一一半固态金属加工工艺( SSM﹣Semi﹣solidmetal processing)。

由于半固态金属成形具有许多独特的优点,如近(净)终成形、产品高质量和高性能、工艺节能等,被誉为21世纪最具前途的金属材料加工技术之一。

20世70年代初,美国麻省理工大学的Flemings教授等提出了一种金属成形的新办法。

即半固态铸造技术。

由于半固态金属成形具有许多独特的优点,因此,近年来。

在理论和技术研究以及应用上引起各国的高度重视。

自1990年至今,国际上召开了多次半固态铸造专题的学术会议。

在美国、日本和意大利等国,采用半固态铸造技术生产铝合金、镁合金成形件的企业发展迅速。

半固态铸造金属部件产品在汽车、通信、电器、航空航天和医疗器械等领域得到应用。

国外有的学者将其称为追求省能、省资源、产品高质量化、高性能化的21世纪最有前途的技术材料加工技术之一。

由于半固态铸造工艺采用了非枝晶半固态浆液料,打破了传统的枝晶凝固模式,所以半固态金属与过热的液态金属相比,含有一定体积比率的球状初生固相,与固态金属相比,又含有一定比率的液相。

半固态铸造特点

半固态铸造特点

半固态铸造一般是指半固态压铸。
一、半固态铸造的特点
半固态铸造是在高压作用下使半固态金属浆料以较高的速度 充填压铸型型腔,并在压力下成形、凝固获得铸件的铸造方法。
半固态铸造的两种方式:半固态流变铸造和半固态触变铸造。
一、半固态铸造的特点
半固态铸造与普通液态铸造相比具有许多明显的特点: 1、铸件的凝固收缩减小,铸件尺寸精度高、外观质量好,减少了机械 加工量,甚至可以得到无机械加工余量铸件; 2、消除了常规铸件中的柱状晶和粗大树枝晶,铸件组织细小、致密,
半固态016.3.30
一、半固态铸造的特点
半固态铸造:在液态金属的凝固过程中进行强烈的搅拌或控制 凝固条件以破坏树枝晶或抑制树枝晶的形成,可得到均匀细小等轴 晶粒分布于液相中的悬浮半固态金属浆料。 半固态金属的流动性很差,很难进行一般的重力铸造,只有在 压力下使其充型。
分布均匀,不存在宏观偏析;
3、金属充型平稳、无湍流、无飞溅,而且充型温度低,模具寿命高; 4、简化铸造工序,降低能耗,改善劳动条件,凝固速度快,生产率高; 5、铸件力学性能高。
敬请老师指导! 谢谢大家!

谢水生教授的半固态成形技术概述讲解

模具的热冲击小 • SSM成形件表面平整光滑,铸件内部组织致密,
缺陷少,晶粒细小 • 力学性能高,可接近或达到锻件的性能 • SSM铸件凝固收缩小,尺寸精度高,能近净成形 • 节约能源。 • SSM凝固时间缩短,也有利于提高生产率
几种加工方法性能和特点的比较
零件毛坯的加工成本
重力铸造 压力铸造
半固态
很快意识到---这一特征具有潜在的利用价值
半固态加工技术、压力铸造和 液态模锻的比较
目的---共同的 获得高质量、高強度、高精度金属零件毛坯
方法---有差异 压力铸造--- 凝固过程中施加压力 液态模锻--- 提高模锻温度,充形性好 半固态加工----金属在凝固过程中, 进行剧烈搅拌或控制凝固过程。 將凝固过程中形成的枝晶打碎 或完全抑制枝晶的生长 然后直接進行流变铸造或制备半固态坯锭
制备半固态金属浆料的方法
• 械搅拌法 • 电磁搅拌法 • 近液相线铸造法 • 应变诱发熔化激活法 • 溅射沉积法 • 紊流效应法 •等
目前工业中应用最多的是电磁搅拌法
几种制备半固态金属浆料方法
械搅拌法
不同的电磁搅拌方式示意图
(a)垂直式
(b)水平式
SCR法—单辊剪切制备法
几种流变成形的方法 (Rheoforming)
不同加工方法下的材料力学性能
合金及状态
6061 铝合金(T6 态) 流变铸造锭 触变成形(模温 450C) 触变成形(模温 500C) 压力铸造
2024 铝合金 触变成形 压力铸造 锻造
屈服应力(MPa) 抗拉强度(MPa)
207
165
214
152
252
172
252
200
464
347

半固态铸造工艺简介

速率 的增加而减小 。
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

半固态铸造技术的研究状况及应用

机 械 设 计 与 制 造
M a h n r De in c iey sg 文章 编 号 :1 1 39 (0 0 0 — 0 4 0 10 — 9 7 2 1 )2 0 6- 3 3 一 & Ma u
半 固态铸 造技 术 的研 究状 况及 应 用 术
加 工成 最 终 产 品的 一种 崭 新 的工 艺 。 18 年 , O 化学 公 司首 90 D W 创 了镁 合金 半 固态 成形 工 艺 , 发 了该 技术 的研究 热 潮 。其 基 本 激 原 理 是 利 用 非 枝 晶半 固态 金 属 (e — oi Me l,S 独 有 的 SmiSl t sS M) d a
与传统加热的液态金属或固态金属成形相 比, 固态铸造技 半
术呈现 出一系列的优点 :1半 固态金属浆体含有一半左右 的初生 ()
相, 粘度可以调整。 而且 可以进行机械搬运, 便于 自动化操作。受
压力作用 时, 半固态金属浆体 的粘度迅速降低 , 便于成形 。( ) 2成
形速 度 高 。 3成 形 时 , 固态 金 属不 易 喷溅 , 善 了充 型过程 , () 半 改 减
偏析 , 因而成形件也不存在宏观偏析 , 成形件 的性能更均匀 。( ) 6 利用半 固态金属可以进行机械零件的近终化成形 , 可大幅度减少 零件毛坯的机加工量 , 显著降低生产成本。 7 由于半固态金属充 ()
型温度低 , 减轻了模具的热冲击 , 提高了模具的寿命。( ) 8加热半
固态金属浆体比熔化金属坯体节约能源(5 3 ) ( ) 固态金 2 ~ 0%。 9半 属成形车间不需要处理液态金属 , 操作更安全 , 工作环境更优 良。 (0 半 固态金属 的粘度较高, 1) 可以方便地加入增强相( 颗粒或纤 维 )提高金属浆体 的性能 , , 提供了一个开发廉价产 品的新途径 。 ( ) 1 半固态金属的成形应力显著降低 , 1 因此金属半固态模锻的成 形速度 比金属固态模锻成形 的速度更高 , 且可 以成形很复杂的零
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精心整理
半固态金属铸造工艺
3.1概述
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
-铝合金和铝-1993SIMA 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。

图1超声波处理法示意图
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 )
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
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,直接将所得到的半固态金属浆液压铸或挤压成形,见图2。

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。

(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,进行压铸或挤压成形,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
美国的EOPCO、HPMCorp.、PrinceMachine、THTPresses以及瑞士的Buhler公司、意大利的IDRAUSA、ItalpresseofAmerica、加拿大的ProducerUSA、日本的ToshibaMachineCorp和UBEMachineryServices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
(4
4所示。

(5
(1)
1
2
3
4
5
6
7
(2)
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℃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,提高了形核率,加速了
枝晶臂的熔断和晶粒等轴化,可得到均匀分布的非枝晶组织;这使成形后的半固态铸件中,硬脆的β相含量减少,且呈纤细的网状分布于初生的α相晶界处,提高了镁合金半固态铸件的力学性能(铸造,2006,55(2):120-125)。

3.6.2先进的半固态合金的制浆方法
图5倾斜板法制备半固态浆料装置
图6高铬白口铸铁球状奥氏体半固态浆料组织
在已提出的先进的制浆方法中,倾斜板技术的原理和设备简单、工艺易控、成本较低。

图5为采用倾斜板法制备半固态亚共晶高铬白口铸铁半固态浆料装置,金属液在在冷却体激冷作用下,奥氏体以非均匀方式大量形核长大、枝晶熔断、折断、破碎进而细化,形成球状奥氏体,图6为其球状奥氏体半固态浆料组织形貌(铸造,2006,55(2):156-159)。

3.6.3 Al-6Si-2Mg铝合金半固态触变成形压铸
图7半固态触变成形压铸Al-6Si-2Mg铝合金水泵盖及其微观组织
5757,
孔,经
度。

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