3A21铝合金半固态坯料制备工艺研究

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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。

辽宁工业大学科技成果——金属材料半固态浆料、坯料制备

辽宁工业大学科技成果——金属材料半固态浆
料、坯料制备
成果简介
通过对金属材料，特别是铝合金材料半固态浆料/坯料制备技术开发的研究，成功制备出具有典型半固态形貌，满足生产需求的半固态浆料/坯料。

该成果基于复合外场处理、快速变温搅拌以及快速制备等制备理念，研发工艺简单、成本低、适用范围广、生产效率高的一种半固态合金流变浆料或坯料的装置，以及基于制备装置所对应的生产工艺规范，取得的成果适合于铝基合金及其复合材料半固态浆料或坯料的制备，同样适合于其它有色金属、黑色金属及其复合材料半固态浆料或坯料的制备，具有广阔的应用前景。

技术特征
通过对金属材料半固态浆料/坯料制备装置以及生产规范的研究，实现金属材料半固态浆料/坯料的高效生产，获得了满足工业生产的半固态浆料/坯料。

用半固态金属加工技术能近净成形高质、轻量的零件，国外已经形成工业化规模生产，而我国尚处于研发阶段，本成果的研究成果具有全部的自主知识产权，这有助于全面提升我国，特别是汽车等相关行业零件轻量化的质量和进度，提高我国汽车零部件行业的国际竞争能力。

专利情况获得3项实用新型发明专利
合作方式技术开发。

半固态铝合金压铸充型凝固过程数值模拟研究

··目前，铝合金采用传统压铸容易产生缩孔、夹杂等缺陷，且成形温度高，充型不平稳，大大降低了产品质量与模具寿命。

随着半固态成形技术和理论的不断成熟与发展，为铝合金压铸成形提供了新的途径。

与液态金属相比，半固态金属的温度处于固液相之间，在充型过程中，呈层流状态，减轻了金属的氧化、裹气和凝固收缩，提高了铸件的致密性和力学性能。

半固态金属充型过程的描述及充型工艺条件比较复杂，采用数值模拟技术可以对充型凝固过程进行动态显示，还可以预测铸件的缩孔缩松等缺陷的位置及严重程度，这对提高铸件质量、缩短生产周期、降低生产成本、指导工程技术人员采取合理措施优化工艺设计具有重要的意义[1-2]。

基于牛顿流体流变成形过程的数值模拟已经非常成熟[3-5]，但对于铝合金流变压铸成形的数值模拟研究工作报道较少[6-7]。

因此，本文针对某厂转向泵支架，采用商用铸造模拟软件，对传统压铸条件下和半固态流变压铸条件下铝合金的充型过程和铸件内部凝固分数进行了模拟和对比分析，并对可能出现的铸造缺陷进行预测，为铝合金流变压铸成形工艺提供了参考依据。

1基本假设与模拟计算基本方程1.1基本假设根据半固态铝合金的流变特性，半固态触变成形过程数值模拟的一般假设为[8]：（1）半固态流体为连续且不可压缩的金属流体，其流动特性由表观粘度来表征；（2）半固态浆料为均匀单相介质；（3）半固态坯料为等温介质，其成形过程中的传热可以被忽略；（4）半固态浆料在充填过程中的流动为单相等温层流流动。

------------------计算机应用胡志1，明北方1，闫洪1，周国华1，2（1.南昌大学先进成形研究所，江西南昌330031；2.宜春学院物理科学与工程技术学院，江西宜春336000）摘要：采用有限元数值分析软件对铝合金转向泵支架的牛顿流体和半固态流体压铸成形过程以及凝固分数变化过程进行数值模拟与分析，基于模拟结果和新山判据，对可能出现的铸造缺陷进行预测。

半固态铸造铝合金材料的研究现状

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流变铸造（&’()*+,-）流变铸造或称流变成形（ &’().)/0123），是将经搅拌
等工艺获得的半固态浆体坯料在保持其半固态温度的条件下直接进行半固态成形（图 $ +）。由于半固态金属浆液的保存和输送很不方便，因而这种成形方法投入实
半固态成形工艺采用特殊方法生产所需组织结构
的坯料。对于铝合金而言，一般使用对凝固过程中的液
男，副教授，博士生，上海交通大学材料科学与工程学院，上海市华山路 $=EM 号（!"""#"） $=8" 年出生， ! 印飞，
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万方数据
球状等轴晶粒组织的工艺，目前还不能从理论上获得圆满的解释，但一般认为是由于恢复与再结晶的结果。当冷变形相当大时，就会发生恢复与再结晶过程，这形成新的晶界。若晶界能大于固 . 液界面能的 ! 倍，种界面就是大角晶界的表面，液相会进入这些晶界，大的晶粒的碎化，形成细小的晶粒。在原来的树枝状晶粒碎化的同时，尖锐的凸起部分熔化，由于扩散作用，凹处则发生凝固，于是液相基体结晶成细小的球状等轴晶粒组织。试验用 /012 法获得的 23/4’ 合金晶粒的平均尺寸比电磁搅拌流变铸造的晶粒（通常平均尺约为 %* ! +，小得多。若冷却变形率更大一些，晶寸为 ’* ! + 左右）粒平均尺寸可 - !& ! 在固 . 液区的保温时间 +。不过，
形变热处理晶粒细化法是对热加工的铸造材料施加一定量的冷变形，而后把它加热到再结晶温度以上的某一温度，保温适当的时间，通过恢复与再结晶，形成适合于半固态加工的细小的球状等轴晶粒组织。形变热前者的加热处理细化晶粒法与 /012 法的基本区别是，温度低，仅比合金的再结晶开始温度高 $* : 左右；而后者的加热温度则相当高，应比合金的固相线温度高几度。 !#% 奥斯普雷法奥斯普雷法又称喷射沉积法，也可用于生产半固态坯料。熔融合金通过气体（氮或氩）雾化成液滴流，以一定的速度冲向下方的成坯盘，直径约 "** ! + 的液珠在向下运动过程中，受到惰性气体流的冷却，表面温度迅速下降。发生凝固，形成外壳，而沉积时由于撞击，外壳破裂，内部正在结晶的树枝晶破碎，形成非常细小的球 %&

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８．ｍ，均形状系数Ｆ０８。３７平一．４
关键词：半固态；径角挤压；Ａ１铝合金；积圆直径；形状系数等３２等
中图分类号：ＴＧ３６７文献标识码：Ａ
文章编号：６４６５（０２０－０１０１７ —４７２１）６０７－７
（ｃｏｌｆＭａｅｉｌＳｉｎｅａｄＥｎｉｅｒｎＳｈｏｔｒａｓｃｅｃｎｇｎｅｉｇ，ＨｅｅＵｎｖｒｉｆＴｅｈｏｏｙｏｆｉｉｅｓｔｏｃｎｌｇ，Ｈｅｅ，２００ｙｆｉ３０９，Ｃｈｎ）ｉａ
第４卷
第６期
精
பைடு நூலகம்
密
成
形
工
程
３２Ａ１铝合金半固态坯料制备工艺研究
王雪，萍，朱广余李
（肥工业大学材料科学与工程学院，肥２００）合合３０９
摘要：以３１合金为研究对象，等径角挤压工艺与等温处理工艺相结合，实验角度研究其中的Ａ２铝将从工艺参数对半固态组织尺寸形貌的影响。采用Ｂ路径进行ＥＡＰ３道次处理，ｃＣ然后在６０℃ 下保温２，６０
演化越完全，晶粒球化越完整，晶粒尺寸会随着保温时间的延长而长大。最后得出最佳工艺参数匹配：但室
温下沿Ｂ路径等径角挤压３道次，６ｃ６０℃ 下保温２ｎ最终半固态坯料显微组织的平均等积圆直径ｄ一５ｍ｛；
２，０ｍｉ，到２５３ｎ得７个试样的半固态组织。结果表明，着挤压道次的增加，随晶粒尺寸减小，变形更加均匀，
并且累积变形能的增多，为后续半固态等温处理提供了更好的应变诱导条件；温时间越长，固态组织也保半
ｄｔｏｎｆｕｂｅｕｅｓｔｅｍａｒａｍｅｎｓｍｉｓｉｔｔｇａｎｓｐｈｅｏｉｉｅｂｔｅｎｄｇａｎｓｚｃｅａｇｅｈｎｔｉｉｏｒｓｓｑｎｔｉｏｈｒｌｔｅｔｎｔｉｅ — ｏｌｄｓａｅ；ｉｓｒｄｚｅｔｒａｉｉｅｂｅｏｍｓｌｒｒｗｅｈｅｈｅｏｌｎｇｔｍｅｅｏｎｇｔｓＩｏｌｓｏｎ，ｔｅｔｔｃｏｌｙｐａａｅｅｓａｅａｏｌｏｓ：ＥＣＡＰｏｕｅＢｃ，３ｐａｓｓ，ｈｄｉｇａｔｈｄｉｉｌａｅ．ｎｃｎｃｕｉｈｅｂｓｅｈｎｏｇｒｍｔｒｒｓｆｌｗｒｔｓｅｏｌｎｔｐｅａｕｒ０ｏ。ｈｏｄｉｇｔｍｅ２ｍｉＴｈｅａｖｒｇｅｇｎｓｚｓ８３ｅｍｒｔｅ６６Ｃｌｎｉ５ｎ．ｅａａｉｉｅｉ．７ “ｍ，ａｄｔｖｒｇｅｓａａｔｒｉ．ｎｈｅａｅａｈｐｅｆｃｏｓ０８４．Ｋｅｒ：ｓｍｉｓｌｄ；ＥＣＡＰ；３Ａ２１ｌｉｕｍｌｏｙ；ｅｕａｒａｃｒｌａｅｅ；ｓｐｅｆｃｏｒｙｗｏｄｓｅ — ｏｉｕｍｎａａｌｑｌａｅｉｃｅｄｉｍｔｒｈａａｔ
ｓｒｃｕｅｂｃｍｅｒｎｆｒ．ａｄｔｅｍｏｅａｃｍｕａｉｎｏｅｏｍａｉｎｅｅｇｒａｅａｏａｌｔａｎｉｄｃｍｅｔｃｎｔｕｔｒｅｏｓｍｏｅｕｉｍｏｎｈｒｃｕｌｔｆｄｆｒｔｎｒｙｃｅｔｓａｆｖｒｂｅｓｒｉｎｕｅｎｏ — ｏｏ
ＡｂｔａｔＥｑｕｌｃｎｎｅｎｇｕａｅｓｎｇａｉｏｔｒａｒａｔｅｅｅｏｍｂｉｄａｎｈｅｉｆｕｅｃｅｈｎｏｃｌｐａｓｒｃ：ａｈａｌａｌｒｐｒｓｉｎｄｓｈｅｍｌｔｅｍｎｔｗｒｃｎｅｄｔｎｌｎｅｏｆｔｃｏｌｇｉａ — ｒｅｅｓｏｎｓｚｎｄｐａｔｒｅｉｓｉｍｉｒｔｕｃｕｒｓｏｆ３Ａ２１ａｌｉａｍｔｒｉｅａｔｅｎｏｆｓｍ — ｏｌｄｃｏｓｒｔｅｕｍｎｕｍａｌｓａｌｚｄｉｈｅｖｅｏｆｅｅｉｅｓｌｏｙｗａｎａｙｅｎｔｉｗｘｐｒｍｎｔ．Ｔｗｅｔ－ｅｅａｐｌｓｗｅｅｏｂａｎｄａｔｒ３ｐａｓｓＥＣＡＰｎｄｒｒｔｎ０，２５，０ｒｉｄｉｇｉｎｙｓｖｎｓｍｅｒｔｉｅｆｅｓｅｕｅｏｕｅＢｃａｄ２３ｎｈｏｌｎｔａｎｄｅｈｅｔｐｒｔｒｒｔｅｍｅａｕｅｏｆ６０ｏ．Ｔｈｅｒｓｔｎｄｉａｅｔｔ，ｗｉｈｔｎｃｅｅｆＥＣＡＰｓｅ６Ｃｅｕｌｓｉｃｔｈａｔｈｅｉｒｍｎｔｏｐａｓｓ，ｓｚｏｉｅｏｍｅｍａｌｒ，ｄｅｏｒａｉｎｏｆｍｉｒ — ｉｅｆｇａｎｓｂｃｓｓｌｅｆｍｔｏｃｏ
Ｓｕｙｏｂｉａｉｎｏｅｉｓｌｌｅｆ３ｔｄｆＦａｒｃｔｏｆＳｍ — ｏｉＢｉｌｔｏＡ２１ＡｌｍｉｕｌｙｄｕｎｍＡｌｏ
ＷＡＮＧｕｅ，ＬＰｉｇ。ＺＨＵＧｕｇ— Ｘｎａｎｙｕ