电磁搅拌法制备半固态浆料(1)
半固态浆料制备技术的研究进展
２００７年８月 第８期（总第１０５期） 广西轻工业 ＧＵＡＮＧＸＩ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴ ＩＮＤＵＳＴＲＹ 化工与材料 半固态浆料制备技术的研究进展 陈颖１，２，谢礼志 （１．荆门职业技术学院，湖北荆ｆ－ｊ ４４８００２；２．华中科技大学，湖北武汉４３００７４） 【摘 要】本文详细介绍了各种半固态浆料制备工艺的特点及国内外的研究现状，指明了半固态浆料制备技术的研究方向 及前景展望。 ． 【关键词】 半固态；浆料制备；研究方向 【中图分类号】ＴＧ１４６．２ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１Ｏ０３—２６７３（２Ｏ０７）０８一Ｏ０２４—０２ １ 引言 所谓金属半固态加工㈦就是将凝固过程中的合金进行强 力搅拌，使其预先凝固的树枝状初生固相破碎而获得一种由细 小、球形、非枝晶初生相与液态金属共同组成的液、固混合浆 料，即流变浆料，将这种流变浆料直接进行成型加工的方法称 为半固态金属的流变成形（ｒｈｅｏｆｏｒｍｉｎｇ）；而将这种流变浆料先 凝固成铸锭，再根据需要将此金属铸锭分切成一定大小使其重 新加热至固液相温度区间而进行的成型加工称为触变成形 （ｔｈｉｘｆｏｒｍｉｎｇ），流变成形和触变成型合称为半固态加工（ｓｅ— ｍｉ－ｓｏｌｉｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ），简称ＳＳＭ。 ２半固态浆料制备工艺的研究 半固态加工的第一步，也是非常重要的一步就是制备合金 半固态浆料，浆料质量的好坏对后续工序以及铸件质量的影响 很大。最早使用的浆料制备方法是机械搅拌法，经过３０年发 展，陆续出现了诸如电磁搅拌、ＳＩＭＡ、ＳＣＲ、喷射沉积、液相线 铸造等制备方法口】。下面对一些应用较为广泛，目前研究较多的 制备方法进行介绍和分析。 ２．１机械搅拌法涧 机械搅拌法是最早用于半固态浆料制备的方法。其原理是 在合金凝固过程中，使用搅拌器对合金熔体进行强烈的机械搅 拌，树枝晶由于剪切力的作用而断裂成为颗粒状结构。机械搅 拌分间歇式和连续式两种，如图１所示。
高铬铸铁半固态成形工艺的研究进展
山西科技ＳＨＡＮＸＩ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１０年第２５卷第４期 ●问题探讨 高铬铸铁半固态成形工艺的研究进展
王红超，游晓红，王录才 （太原科技大学材料科学与工程学院，山西太原，０３００２４） 摘要：高铬铸铁具有优良的耐磨性，是最重要的耐磨材料之一，广泛应用于机械、冶金、采矿及 矿产品加工等行业。近年来，半固态成形技术被专家们称为２１世纪最有发展前景的近 净成形技术，低熔点合金半固态成型技术已经成功应用于商业领域，但在高熔点材料的 半固态成形技术仍处于实验研究或半工业性试验阶段。主要综述了高铬铸铁的半固态 成形工艺、半固态浆料制备方法及对其后续工作的展望。 关键词：半固态成形；高铬铸铁；净成形 中图分类号：ＴＦ６４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—６４２９（２０１０）０４—００１０—０３ 自２０世纪７０年代Ｆｌｅｍｉｎｇｓ、Ｓｐｅｎｃｅｒ等提出半固态金属成 形工艺以来，经过数十年的研究，半固态金属加工在理论研究和 应用上均取得很大的进展。它比传统的加工方法更有优越性，被 认为是２ｌ世纪最有前途的材料成型加工技术。半固态加工技术 适用于有较宽液固相共存的合金体系，研究表明，适用于半固态 加工的金属有：铝合金、镁合金、镍合金、铜合金以及钢铁等，其 中，铝、镁、铜合金已应用于工业生产。而由于钢铁材料熔点高， 受加工设备高温性能局限性的影响比较大，导致非枝晶的获得 比较困难，其流变学行为不易测定，给制备钢铁材料的半固态浆 料带来很大困难。 高铬铸铁作为一种脆性耐磨材料，为降低其脆性，提高综合 机械性能，国内外科技工作者开发了变质处理、热塑性变形处 理、悬浮铸造等方法改善其组织形貌，提高其力学性能。其中，利 用半固态加工技术制备高铬铸铁浆料虽然还处于一个开发、探 索阶段，但其节约能源，降低材料消耗和废品率，提高制件尺 寸精度和力学性能等角度具有潜在的发展优势和广阔的应用 前景。 １半固态成形工艺 半固态成形技术工艺过程如图１所示，包括两部分内容：首 先是制备非枝晶半固态浆料，即将凝固过程中的合金进行特殊 处理，使其先凝固的树枝状初生相破碎而获得一种由细小、球 形、非枝品初生相与液态金属共同组成的液固混合浆料，即流变 浆料；然后是加压成型，将半固态流变浆料直接进行加乐成形， 称为流变成形；而将这种浆料先凝固成铸锭，再根据需要将金属 铸锭分切成一定大小，使其重新加热至固液两相温度区间进行 加压成形加工的方法称为触变成形。 收稿日期：２０１０—０４—１５ 作者简介：１）王红超，男，１９８４年出生，２００７年毕业于郑州 大学，硕士研究生，０３００２４。山西省太原市 ・１Ｏ・ 定量切割坯料二次加热 图１ 半固态成形技术的两种工艺过程示意图 １．１ 流变成形 流变成形包括流变铸造和流变锻造。流变铸造必须是浆料 制备和压力成形同时进行，且两工位的距离不能太远，否则，由 于半固态浆料很难储存和搬运，该方法很难实现，因而此方法在 实际生产中很少应用。Ｒ．Ｓｈｉｂａｔａ等人直接在压铸机的压射室中 用电磁搅拌的方法制备半固态浆料，而后将其挤人模腔成形。目 前，这种方法已广泛应用于镁合金半固态生产中，但由于受专利 因素的影响，设备比较昂贵，仅在发达国家有应用。由于半固态 浆液的保存和运输的不方便，使得流变成形技术应用很少，但与 触变成形相比，其节省能源、流程更短、设备更紧凑，因此，流变成 形技术仍然是未来金属半固态加工技术的一个重要发展方向。 流变锻造的研究比较少，其与液态模锻过程基本一样，直接 将制备好的半固态浆料，不经冷却直接注入模具内，进行半固态 锻造，包括模锻、挤压和轧制等。北京科技大学利用自行设计的 设备对１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢进行了半固态流变成形直接轧制，其 工艺路线为：热轧料一感应炉加热熔化一倒人流变器作电磁搅 拌（功率１５ｋＷ）一半固态浆料（１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ钢为１ ４３０℃）一导流 管一轧制（辊缝５ ｍｍ，轧辊温度５０℃）一水淬。研究结果表明： 表面质量和薄板边部裂纹是轧材的主要问题。
半固态成形技术及其应用_王羽
半固态成形技术及其应用
王 羽 胡建华 龙 安
武汉理工大学,武汉,430070
摘要:介绍了半固态成形技术的工艺原理,分析了机械搅拌、电磁搅拌、应变诱导、冷却斜
坡等浆料制备方法和流变加工、触变加工、注射加工等成形方法。分析了各种计算机模拟技术
和模拟方法在半固态成形方面的应用,论述了目前国内外半固态成形技术的应用状况和发展
趋势。随着半固态成形技术研究水平的不断提高,成形产品及应用不断增多,发展前景广阔。
关键词:半固态加工;浆料制备;成形工艺;计算机模拟
中图分类号:TG249 文章编号:1004—132X(2006)S2—0223—04
Semi-solidMetallurgyandItsApplication
WangYu HuJianhua LongAn
WuhanUniversityofTechnology,Wuhan,430070
Abstract:TechnologicalcharacteristicsofSemi-solidMetallurgy(SSM)wereintroducedinthe
paper.Slurrypreparingmethodssuchasmechanicalstirring,electromagneticstirring,staininduced
meltactivation(SIMA)andformingmethodssuchasthixomolding,thixocastingwerecommentedon.
Currentsstatus,characteristics,applicationfieldsandthenewestadvanceofcomputersimulationfor
SSMwereanalyzed.TheapplicationstatusofSSMweresummarized.WiththedevelopmentofSSM
technologyandtheapplicationofSSMproducts,itwillhavebrightfuture.
铝合金半固态浆料制备过程的电磁-流体数值模拟
２００７年第１期 ２００７年２月 铸造设备研究 ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＳＴＵＤＩＥＳ ＯＮ ＦＯＵＮＤＲＹ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ Ｆｅｂ．２００７ Ｎｏ ｌ
・研究生论文・
铝合金半固态浆料制备过程的电磁一流体数值模拟
郭晓凤，王承志，张玉妥，黄勇
（沈阳理工大学，辽宁沈阳 １１０１６８）
摘要：利用ＡＮＳＹＳ软件对旋转型电磁搅拌作用下铝合金半固态浆料内的电磁场、不同温度下浆料内流 场进行了数值模拟。分析了励磁电流强度和频率的变化对半固态浆料内的磁感应强度、电磁力及流动状态的 影响。结果表明：在相同频率下，半固态浆料内的磁感应强度、电磁力的大小随电流强度的增加呈线性增加的 关系；在相同电流强度下，磁感应强度是随着频率的增大而减小的，而电磁力是增大的，但数值变化不大。随 浆料中固相体积分数的增加，使半固态浆料的温度降低，粘度增大，流动速度降低。 关键词：Ａｎｓｙｓ软件；电磁搅拌；电磁场；流场；数值模拟 中图分类号：ＴＧ２４９．２；ＴＰ３９１．７２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—６１７８（２００７）０１—００１９—０４
Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｏｆｌｕｉｄｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ
ｓｅｍｉｓｏｌｉｄ ｓｌｕｒｒｙ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ
ＧＵＯ Ｘｉａｏ．ｆｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｃｈｅｎｇ．ｚｈｉ，Ｚｈａｎｇ Ｙｕ・ｔｕｏ，Ｈｕａｎｇ Ｙｏｎｇ （Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｌｉｇｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ。Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０１６８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔ￣：Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｓｅｍｉｓｏｌｉｄ ｓｌｕｒｒｙ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｔｉｒｒｉｎｇ ｗｅｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ Ａｎｓｙｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎ￣ｈ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔ～ ｉｃ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｆｌｏｗａｇｅ ｉｎ Ｓｅ：ｍｉｓｏｌｉｄ ｓｌｕｒｒｙ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ Ｌｏｒｅｎｔｚ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｓｅｍｉｓｏｌ～ ｉｄ ｓｌｕｒｒｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｎ。 ｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ。Ｂｕｔ ｔｈｅ Ｌｏｒｅｎｔｚ ｆｏｒｃｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｐｈａｓｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｓｅｍｉｓｏｌｉｄ ｓｌｕｒｒｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｓｅｍｉｓｏｌｉｄ
电磁搅拌制备半固态浆料的研究及应用现状
山西科技ＳＨＡＮＸＩ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０Ｏ８年第１期１月２ｏ罚出版
●应用技术
电磁搅拌制备半固态浆料的研究及应 甩ｉ ，现 舞ｉ 篓 ≤
王玉陶 游晓红 ’
（太原科技大学材料科学与工程学院）
摘要：半固态电磁搅拌法是半固态成形技术中较为成熟的方法之一，并已开始应用于工业生
产中。文章综述了电磁搅拌技术的特点、原理和实质，以及当前电磁搅拌技术的研究
及应用现状。同时对我国半固态电磁搅拌成形技术提出了若干值得重视的问题。
关键词：半固态成形；浆料制备；电磁搅拌；数值模拟
中图分类号：ＴＧ２１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—６４２９（２００８）０１—０１４８—０２
材料的性能很大程度上取决于其组织性能，材料制备过程
中对组织性能的控制是提高材料性能的重要手段。自２０世纪 ７０年代半固态成形技术被开发出来以后，已经成为近年来零
件少、无余量加工研究的热点之一，被誉为２ｌ世纪新一代金属 成形技术。半固态浆料的制备是半固态成形的基础，在３０多
年的研究开发中，人们已经提出了十几种制备方法，但是，真正 用于工业条件的仍然是搅拌法，特别是电磁搅拌法在有色合金
的半固态浆料制备中占有绝对优势。 １ 电磁搅拌的特点
电磁搅拌（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｔｉｒｒｉｎｇ，简称ＥＭＳ）是借助电磁力 强化铸坯内未凝固金属溶液的流动，从而改变凝固过程的流
动、传热和传质，达到晶粒细化、改善铸坯质量的目的。电磁搅 拌具有以下特点：
ａ）非接触性。借助电磁感应实现能量的无接触转换，因而 不与金属溶液接触就能将电磁能直接转换成金属溶液的动能。 ｂ）可控制性。由于感应线圈激发的磁场可以通过调节感 应电流来进行人为的控制，进而实现电磁力的人为控制，因此
可以人为地控制金属溶液的流动形态。 ｃ）无污染性。非接触式的传递热能和机械能给材料，因此 是一种无污染的加工方法。 ２电磁搅拌法的原理和实质
电磁搅拌制备ZL102半固态浆料的研究
中国材料科技与设备（双月刊） 电磁搅拌制备ＺＬ１０２半固态浆料的研究 ２０１１年・第４期
电磁搅拌制备ＺＬ１ ０ ２半固态浆料的研究
姜书根 ，郭广思
（１．南京五洲制冷集团有限公司，江苏南京 １１１１００；
２．沈阳理工大学材料与工程学院，辽宁沈阳 １１０１５９）
摘要：通过观察、对比金相组织得出电磁搅拌制备ＺＬ１０２半固态浆料的最佳工艺。实验过程中选取３组实验温度；在
各种温度条件下分别选取４组不同搅拌时间制备试样。通过观察金相组织，对比不同实验条件下０Ｌ—Ａｌ晶粒的尺寸、形
态、分布均匀程度得到最佳制备工艺：在５９０℃，电磁搅拌３０ｍｉｎ；树枝状ｃ【一Ａｌ全部打碎，形成蔷薇状晶粒，蔷薇状 一
Ａｌ均匀比较分布。
关键词：ＺＬ１０２；半固态浆料；电磁搅拌
中图分类号ｉ ＴＧ ２４９ 文献标识码：Ａ
０ 引言
半固态技术从２Ｏ世纪９０年代开始产业化，经过十几
年的攻关，现已进入工业应用阶段，美国在半固态的开发
和应用方面处于领先地位；欧洲国家和日本也相续开展此
方面的工作，并取得了很大的进步＿１］。与常规铸造方法形
成的枝晶组织不同，利用半固态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｜－２－５］。在金属
半固态成形技术中，电磁搅拌制备半固态金属胚料的方法 是最成功的一种方法。这种电磁搅拌有两个特点：一是采
用交流电流感应磁场，二是磁场为旋转磁场 ］。因此，
电磁搅拌制备的半固态金属胚料在实际半固态金属成型应
用中占据了主导地位＿ｇ］。半固态加工技术广泛的应用在汽
车工业，用以进行汽车零件的近终成形制造以及使其轻量
化；另外，这项技术被越来越多地用于制造航空、兵器、 仪表等工业的主要构件［１０３。
１ 半固态浆料制备原理
电磁搅拌法是：利用感应线圈产生的平行或者垂直于
铸型方向的强磁场，对处于液一固相线之间的金属液形成
强烈的搅拌作用，产生剧烈的流动，使金属凝固析出的枝
晶被打碎并球化。结晶开始时，搅拌促进了晶核的生产，
A356_2合金半固态浆料的在线制备技术
第
16卷第
1期
Vol.16No.1中国有色金属学报
TheChineseJournalofNonferrousMetals2006年
1月
Jan.
2006
文章编号
:10040609(
2006)01001309
A356.2合金半固态浆料的在线制备技术①
冯鹏发
,唐靖林
,李双寿
,曾大本
(清华大学机械工程系
,北京
100084)
摘 要
:
利用自行研制的双向多级速电磁搅拌装置
,研究“熔体处理
+双向电磁搅拌”半固态浆料复合制备技术。
结果表明
:该技术制备浆料效率较高
,可实现
A356.2合金半固态浆料的在线制备。在冷速较快的情况下
,降低浇注温度可以大大缩短半固态浆料的制备时间
;在冷却速度较快、搅拌速度较低的情况下
,提高搅拌频率不但有助
于改善晶粒形貌
,而且具有相当的晶粒细化作用。选取如下技术参数
:加入
0.03%Ti(
Al2
5Ti2
B)(质量分数)和
0.
04%Sr(
Al2
10Sr)进行熔体处理、正反无间歇双向搅拌、浇注温度
640℃、搅拌频率
25～
30Hz、输出电压
220V、
单向搅拌时间
5s、搅拌时间
67s,可获得形状系数大于
0.8、初生晶粒尺寸在
80～
90μ
m之间的
A356.2半固态浆
料。
关键词
:
A356.2合金
;在线制备
;熔体处理
;双向电磁搅拌
;流变成形
中图分类号
:
TG146.2;TG115.9文献标识码
:A
On2
linepreparationtechnologyofsemi2
solidslurryofA356.2alloy
FENGPeng2
fa,TANGJing2
lin,LIShuang2
shou,ZENGDa2
ben
(
DepartmentofMechanicalEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)
Abstract:
Usingtheself2
developedreversiblemultilevel2
speedelectromagneticstirrer,themultiplesemi2
复合工艺制备半固态A356铝合金浆料的研究
Ｊｕ１．２０１１ ＶＯＩ．６Ｏ ＮＯ－７ 铸 造 ＦＯＵＮＤＲＹ ・６２３－
复合工艺制备半固态Ａ３５６铝合金浆料的研究 刘政 ．毛卫民 （１．江西理工大学机电工程学院，江西赣州３４１０００；２．北京科技大学材料科学与工程学院，北京１０００８３） 摘要：将晶粒细化处理引入低过热度浇注和弱电磁搅拌技术中，形成了制备半固态合金浆料的复合工艺。应用复合工 艺制备了半固态Ａ３５６铝合金浆料，研究了复合工艺对所制备的半固态初生ｏｒ．相形貌和尺寸的影响。研究结果表明，细 化处理的液态Ａ３５６铝合金经低过热度浇注和弱电磁搅拌可制备具有颗粒状和蔷薇状初生Ｏｒ．相的半固态浆料，并且浇注 温度可适当提高。与未经细化处理的Ａ３５６铝合金试样相比，细化处理可显著改善Ａ３５６｛￣合金中初生０【相的晶粒尺寸和 颗粒形貌及其沿铸锭径向上的分布。 关键词：半固态；复合工艺；Ｔｉ基细化剂；Ａ３５６铝合金 中图分类号：ＴＧ１４６；ＴＧ２４４文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４９７７（２０ｌ １）０７—０６２３—０６ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ｓｅｍｉ．．Ｓｏｌｉｄ Ａ３５６ Ａｌｌｏｙ Ｓｌｕｒｒｙ ＬＩＵ Ｚｈｅｎｇ’，ＭＡＯ Ｗｅｉ－ｍｉｎ （１．Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｇａｎｚｈｏｕ ３４１ ０００，Ｊｉａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｐｒｅｐａｒｉｎｇ ｓｅｍｉ．ｓｏｌｉｄ ａｌｌｏｙ ｓｌｕｒｒｙ ｗａｓ ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｇｒａｉｎ．ｒｅｆｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ＩＯＷ ｓｕｐｅｒｈｅａｔ ｐｏｕｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｔｉｒｒｉｎｇ．Ｓｅｍｉ．ｓｏｌｉｄ Ａ３５６ ａｌｌｏｙ ｓｌｕｒｒｙ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ａ ｐｈａｓｅｓ ｗｅｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｌｕｒｒｙ ｗｉｔｈ ｐａｒｔｉｃｌｅ—ｌｉｋｅ ａｎｄ ｒｏｓｅｔｔｅ－ｌｉｋｅ ｐｒｉｍａｒｙ ａ ｐｈａｓｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ＩＯＷ ｓｕｐｅｒｈｅａｔ ｐｏｕｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｔｉｒｒｉｎｇ ｆｒ０ｍ ｌｉｑｕｉｄ Ａ３５６ ａｌｌｏｙ ｇｒａｉｎ—ｒｅｆｉｎｅｄ．ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｐｏｕｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃａｎ ｂｅ ｓｕｉｔａｂｌｙ ｒａｉｓｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ａ３５６ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｉｔｈｏｕｔ ｇｒａｉｎ－ｒｅｆｉｎｅｄ．ｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｐｒｉｍａｒｙ ｏｃ ｐｈａｓｅ ａｓ ｗｅｌＩ ａｓ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｗｉｔｈ ｐａｒｔｉｃｌｅ—ｌｉｋｅ ｏｒ ｒｏｓｅｔｔｅ—ｌｉｋｅ ａｌｏｎｇ ｒａｄｉａｌｉｎ ｔｈｅ ｊｎｇｏｔ ｉｎ Ａ３５６ ａｒｅ ｍａｒｋｅｄｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｇｒａｉｎ－ｒｅｆｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉ－ｓｏｌｉｄ；ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｔｉ．ｂａｓｅｄ ｒｅｆｉｎｅｒ；Ａ３５６ ＡＩ ａｌｌｏｙ 在半固态金属加工的过程中，流变成形被认为是 具有经济性和应用前景广的技术工艺【ｌ】。制备半固态金 属浆料的关键环节是获取晶粒尺寸细小又具有非枝晶 组织。由手流变成形不同于触变成形，用于触变成形 的浆料还可通过后续的二次加热来进一步改善初生相 的形貌嘲，因此必须严格控制用于流变成形工艺的半固 态浆料的初生相形貌及尺寸。为了降低生产成本和获 得符合流变成形要求的半固态浆料，应该在初生相凝 固的诸环节上予以控制，因为凝固时枝晶生长受到诸 如形核密度、晶粒生长、溶质再分配、枝晶熟化以及 枝晶间流体流动等因素的影响。在半固态合金结晶时， 通过控制一定的凝固条件，例如，浇注温度、冷却速 度、添加适当的形核剂等，最大限度地增加晶粒形核 基金项目：国家自然科学基金项目（５０３７４０１２）；江西省自然科学基金项目 研究基金项目（ｊｘｘｊｚｄ１０００３）资助。 率和抑制枝晶生长，就可以制备出晶粒细小、非枝晶 的显微组织。生产中，铝合金的晶粒细化是通过在铸 造之前添加晶粒细化剂（如Ｔｉ基晶粒细化剂）来保证 异质形核。 作者在多年研究的基础上，开发出了低过热度浇注 和弱电磁搅拌工艺【３卅。研究已表明，液态铝合金经低 温浇注和短时的弱搅拌，可获得形貌较好的初生仅相嘲。 浇注温度低，可保证获得形貌较好的初生相，但在生 产实际的操作中可能带来不便。为进一步发挥该技术 的优势，方便生产实际的操作，制备高质量的半固态 浆料，将晶粒细化过程引入低过热度浇注和弱电磁搅 拌技术制备半固态铝合金浆料，形成复合工艺，并且 在实施过程中还适当地提高低温浇注的温度，方便操 （０６５００４７）；江西省教育厅科技项目（ＧＪＪ０９２２９）；江西理工大学科学 收稿Ｅｌ期：２０１１－Ｏｌ一３１收到初稿，２０１１－０４—０８收到修订稿。 作者简介：刘政（１９５８一），男，博士，教授，主要从事轻合金半固态加工方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｋｋ６６＠１６３．ｃ
论文
1 铝合金压铸技术的研究现状
袁昊
摘 要: 综述了压铸铝合金的开发及应用状况、 计算机模拟技术在压铸铝压铸技术中的应用、 半固态流变压铸浆料制备及超低速压铸技术等先进铝合金压铸技术研究的最新进展。并指出将不同先进压铸技术的结合应用,可进一步提高铝合金压铸件性能,
促进压铸技术的发展。
关键词: 压铸; 铝合金; 数值模拟
Abstr act: The research and application of die-casting aluminum alloy,
computer numerical simulation indie-casting are described. The advanced
die-casting technologies for aluminum alloys such as: semi-solid slurry
preparation technology of rheocasting processing, super slow speed die-casting
technology are recommended. It isindicated that the combination of varies
advanced die-casting technologies could improve the property of casting and
promote the development of die-casting technology.
Key words: die-casting; aluminum alloy; numerical simulation
目前, 工业上应用的压铸铝合金主要有以下几大系列: Al-Si、 Al-Mg、 Al-Si-Cu、
Al-Si-Mg 等压铸铝合金具有较高的比强度、抗蚀性能和良好的铸造性能、 加工性能和可再生性, 以及优良的导电导热性能, 广泛应用于汽车、 航空航天和电器工业等领域。随着汽车等工业的发展, 铝合金压铸件的产量每年以将近 13%的速率增长, 其产量占所有压铸件产量的 75%以上[1]。且铝合金压铸件向着高强度、 高质量方向发展, 这必将对铝合金压铸技术的进一步发展起到积极的推动作用。
镁合金半固态压铸触变成形技术的研究
《热加工工艺》２００５年第１０期综述
近年来镁合金作为一种新型绿色环保合金适应了汽车结构件和３Ｃ产品对环保方面的要求［１￣３］，使镁合金不但在航空航天而且在计算机、通讯设备、汽车上得到了广泛的应用。镁合金产量在全球的年增长率高达２０％，显示出了极大的应用前景［４，５］，但与铝合金相比，镁合金产量只有铝合金产量的１％。制约镁合金广泛应用的主要问题是，传统压铸成形工艺在熔炼和加工过程中，镁合金极易氧化燃烧，使得镁合金的生产难度较大，反映出镁合金成形技术的不完善，有待进一步发展。２０世纪７０年代初期美国麻省理工学院的Ｆｌｅｍ－ｎｇｓ等发明了半固态金属成形技术［６，７］。该技术是将金属或合金在固相线与液相线温度区间进行加工，其实是一种近净成形工艺。半固态成形技术的出现为解决镁合金成形中的氧化燃烧等问题提供了条件。他将传统压铸技术与塑料注射成形技术结合起来，因而无需熔化设备，并避免了镁合金熔化的危险性［８］，可用于传统压铸技术不能解决的镁合金的应用问题。目前，镁合金半固态成形工艺主要分为：流变压铸、触变成形和注射成形。然而在实际工业生产中主要采用第二种工艺即触变成形工艺。该工艺是将半固态金属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，然后放入模具型腔中进行压铸成形。此工艺中涉及到三个非常重要的环节：非枝晶坯料的制备、坯料的二次重熔加热、半固态触变成形。如图１所示。
１非枝晶组织半固态浆料的制备
制备具有非枝晶组织的优质坯料是半固态成形技术的基础和关键。之所以这样讲是因为这种无枝晶组织的半固态浆料具有独特的流变学特性，即触变性和伪塑性［９，１０］。具有这种组织的材料力学性能优异，因而它的制备方法也是倍受关注的。根据原材料的状态不同，可将其制备方法分为液态法、固相法和其他方法［１１］。液态法，像机械搅拌和电磁搅拌等都属于液态法范围。主要是在外场的作用下对熔体进行处理，破碎出生的固相组织使其形成球状颗粒。如电磁搅拌是利用旋转电磁场在金属液中产生感应电流，金属液在洛仑兹力的作用下产生运动从而达到对金属液搅拌的目的［１２］。这是一种非接触式的搅拌方法。利用电磁搅拌法制备浆料可获得更加优异的组织和力学性能。在电磁搅拌条件下半固态ＡＺ９１Ｄ合金组织的固相颗粒为蔷薇状或颗粒α－Ｍｇ，随着电磁搅拌功率的增大，金属熔体获得更大剪切速率使蔷薇状逐渐转变为粒状或近球形。在实验范围内随着电磁搅拌对电源频率的增大，镁合金半固态压铸触变成形技术的研究与进展