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    半固態金屬漿液的保存和輸送難度較大


    1概述

      自1971年美國麻省理工學院的D.B.Spencer和M.C.Flemings發明了一種攪動鑄造(stircast)新工藝,即用旋轉雙桶機械攪拌法制備出Srr15%pb流變漿料以來,半固態金屬(SSM)鑄造工藝技術經歷了20余年的研究與發展。攪動鑄造制備的合金一般稱為非枝晶組織合金或稱部分凝固鑄造合金(PartiallySolidifiedCastingAlloys)。由于采用該技術的產品具有高質量、高性能和高合金化的特點,因此具有強大的生命力。除軍事裝備上的應用外,開始主要集中用于自動車的關鍵部件上,例如,用于汽車輪轂,可提高性能、減輕重量、降低廢品率。此后,逐漸在其它領域獲得應用,生產高性能和近凈成型的部件。半固態金屬鑄造工藝的成型機械也相繼推出。目前已研制生產出從600噸到2000噸的半固態鑄造用壓鑄機,成形件重量可達7kg以上。當前,在美國和歐洲,該項工藝技術的應用較為廣泛。半固態金屬鑄造工藝被認為是21世紀most具發展前途的近凈成型和新材料制備技術之一。

      2工藝原理

      在普通鑄造過程中,初晶以枝晶方式長大,當固相率達到0.2左右時,枝晶就形成連續網絡骨架,失去宏觀流動性。如果在液態金屬從液相到固相冷卻過程中進行強烈攪拌,則使普通鑄造成形時易于形成的樹枝晶網絡骨架被打碎而保留分散的顆粒狀組織形態,懸浮于剩余液相中。這種顆粒狀非枝晶的顯微組織,在固相率達0.5-0.6時仍具有一定的流變性,從而可利用常規的成形工藝如壓鑄、擠壓,模鍛等實現金屬的成形。

      3合金制備

      制備半固態合金的方法很多,除機械攪拌法外,近幾年又開發了電磁攪拌法,電磁脈沖加載法、超聲振動攪拌法、外力作用下合金液沿彎曲通道強迫流動法、應變誘發熔化激活法(SIMA)、噴射沉積法(Ospray)、控制合金澆注溫度法等。其中,電磁攪拌法、控制合金澆注溫度法和SIMA法,是most具工業應用潛力的方法。

      3.1機械攪拌法

      機械攪拌是制備半固態合金most早使用的方法。Flemings等人用一套由同心帶齒內外筒組成的攪拌裝置(外筒旋轉,內筒靜止),成功地制備了錫-鉛合金半固態漿液;H.Lehuy等人用攪拌槳制備了鋁-銅合金、鋅-鋁合金和鋁-硅合金半固態漿液。后人又對攪拌器進行了改進,采用螺旋式攪拌器制備了ZA-22合金半固態漿液。通過改進,改善了漿液的攪拌效果,強化了型內金屬液的整體流動強度,并使金屬液產生向下壓力,促進澆注,提高了鑄錠的力學性能。

      3.2電磁攪拌法

      電磁攪拌是利用旋轉電磁場在金屬液中產生感應電流,金屬液在洛倫磁力的作用下產生運動,從而達到對金屬液攪拌的目的。目前,主要有兩種方法產生旋轉磁場:一種是在感應線圈內通交變電流的傳統方法;另一種是1993年由法國的C.Vives推出的旋轉永磁體法,其優點是電磁感應器由高性能的永磁材料組成,其內部產生的磁場強度高,通過改變永磁體的排列方式,可使金屬液產生明顯的三維流動,提高了攪拌效果,減少了攪拌時的氣體卷入。

      3.3應變誘發熔化激活法(SIMA)

      應變誘發熔化激活法(SIMA)是將常規鑄錠經過預變形,如進行擠壓,滾壓等熱加工制成半成品棒料,這時的顯微組織具有強烈地拉長形變結構,然后加熱到固液兩相區等溫一定時間,被拉長的晶粒變成了細小的顆粒,隨后快速冷卻獲得非枝晶組織鑄錠。

      SIMA工藝效果主要取決于較低溫度的熱加工和重熔兩個階段,或者在兩者之間再加一個冷加工階段,工藝就更易控制。SIMA技術適用于各種高、低熔點的合金系列,尤其對制備較高熔點的非枝晶合金具有獨特的優越性。已成功應用于不銹鋼、工具鋼和銅合金、鋁合金系列,獲得了晶粒尺寸20um左右的非枝晶組織合金,正成為一種有競爭力的制備半固態成形原材料的方法。但是,它的most大缺點是制備的坯料尺寸較小。

      3.4近幾年開發的新方法

      近幾年來,東南大學及日本的Aresty研究所發現,通過控制合金的澆注溫度,初生枝晶組織可轉變為球粒狀組織。該方法的特點是,不需要加入合金元素也無需攪拌。V.Dobatkin等人提出了在液態金屬中加細化劑,并進行超聲處理后獲得半固態鑄錠的方法,稱之為超聲波處理法。

      4成型方法

      半固態合金成形方法很多,主要有:

      4.1流變鑄造(Rheoforming,Rheocast)

      將金屬液從液相到固相冷卻過程中進行強烈攪動,在一定固相分數下,直接將所得到的半固態金屬漿液壓鑄或擠壓成形。

      如R.Shibata等人曾將用電磁攪拌方法制備的半固態合金漿液直接送入壓鑄機射室中成形。該方法生產的鋁合金鑄件的力學性能較擠壓鑄件高,與半固態觸變鑄件的性能相當。問題是,半固態金屬漿液的保存和輸送難度較大,故實際投入應用的不多。

    【上一個】 正確地選擇鍛造比對提高產品質量、降低成本有很大關系 【下一個】 鑄造方法選擇的原則

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