材料加工原理之半固态铸造成形课件.ppt

半固态铸造成形半固态铸造成形铸造铸造砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、消失砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、消失模铸造、石膏型铸造等模铸造、石膏型铸造等重力铸造、低压铸造、挤压铸造重力铸造、低压铸造、挤压铸造利用凝固结晶过程来控制组织的变化利用凝固结晶过程来控制组织的变化金属液温度在金属液温度在液相线液相线以上进行成形以上进行成形铸造、铸造、液态模锻液态模锻锻造、锻造、挤压挤压半固态成形半固态成形20世纪世纪70年代初，美国麻省理工学院年代初，美国麻省理工学院Flemings与与Spencer等人发现了金属凝固过程中的特殊力学等人发现了金属凝固过程中的特殊力学行为，根据强力搅拌半凝固金属所呈现的流变学行为，根据强力搅拌半凝固金属所呈现的流变学性质成功用搅拌方法制备出了半固态金属并进性质成功用搅拌方法制备出了半固态金属并进行了铸造成形，称之为流变铸造行了铸造成形，称之为流变铸造(Rheocasting)半固态成形定义？半固态成形定义？利用金属从固态向液态或从液态向固态两相转变过利用金属从固态向液态或从液态向固态两相转变过程中的半固态区的金属具有良好的流变特性而进行的金程中的半固态区的金属具有良好的流变特性而进行的金属成形。

属成形通过金属液搅拌产生的流变性与搅熔性来控制铸件的质量通过金属液搅拌产生的流变性与搅熔性来控制铸件的质量通过金属液搅拌产生的流变性与搅熔性来控制铸件的质量通过金属液搅拌产生的流变性与搅熔性来控制铸件的质量流变性：搅拌过程中，固相分数增加使金属浆料的粘性提流变性：搅拌过程中，固相分数增加使金属浆料的粘性提高，但仍能保持流动的特性高，但仍能保持流动的特性搅熔性：流变成型的锭坯在加热到一定程度后，其粘度随搅熔性：流变成型的锭坯在加热到一定程度后，其粘度随着剪切速率的增加而降低的特性着剪切速率的增加而降低的特性技术核心：技术核心：固液混合浆料获得非枝晶组织，固固液混合浆料获得非枝晶组织，固相必须球化和细化，相必须球化和细化，近球形晶或等轴晶近球形晶或等轴晶非常小的流动阻力和良好的成形性能非常小的流动阻力和良好的成形性能枝晶枝晶球形晶或球形晶或等轴晶等轴晶工艺如何实现？工艺如何实现？半固态金属坯料制备方式半固态金属坯料制备方式1、机械搅拌法：、机械搅拌法：是最早用于制备非枝晶组织金属的方法是最早用于制备非枝晶组织金属的方法一种是由两个同心带齿的圆筒组成，内筒保持静一种是由两个同心带齿的圆筒组成，内筒保持静止，外筒旋转；另一种是在熔融的金属中利用搅止，外筒旋转；另一种是在熔融的金属中利用搅拌棒进行搅动。

拌棒进行搅动存在问题：存在问题：生产效率低、固相分数生产效率低、固相分数30%60%、搅拌棒会造成熔融金属的污染搅拌棒会造成熔融金属的污染间歇式间歇式连续式连续式2、电磁搅拌法：、电磁搅拌法：利用旋转电磁场在金属液中产生感应电流，利用旋转电磁场在金属液中产生感应电流，感应电流产生的洛伦兹力驱动金属液运动，从而感应电流产生的洛伦兹力驱动金属液运动，从而达到对金属液搅拌的目的达到对金属液搅拌的目的两种产生旋转磁场的方法：两种产生旋转磁场的方法：一种是在感应圈内通交流电的方法一种是在感应圈内通交流电的方法另一种是旋转永磁体法，通过改变永磁体的排列另一种是旋转永磁体法，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，从而提方式，可使金属液产生明显的三维流动，从而提高了搅动效果高了搅动效果缺点：缺点：设备投资大，工艺较复杂，成本高设备投资大，工艺较复杂，成本高电磁搅拌示意图电磁搅拌示意图3、应力诱发熔化激活工艺：、应力诱发熔化激活工艺：S.I.M.A.(Strain Induced Metl Activated)常铸锭经过常铸锭经过20%左右的预形变，然后加热至左右的预形变，然后加热至半固态。

半固态加热过程组织变化：加热过程组织变化：首先发生再结晶，然后部分熔化，使固相晶粒分散首先发生再结晶，然后部分熔化，使固相晶粒分散在液相基体中，得到半固态金属成型所需的原材在液相基体中，得到半固态金属成型所需的原材料特点：特点：对制备较高熔点的非枝晶组织合金具有其独特对制备较高熔点的非枝晶组织合金具有其独特的优越性，如不锈钢，铜合金的优越性，如不锈钢，铜合金增加了一道预变形工序，成本提高，锭坯尺寸增加了一道预变形工序，成本提高，锭坯尺寸受限制4、等温处理组织变化：组织变化：枝晶枝晶短枝晶短枝晶枝晶碎块枝晶碎块颗粒颗粒均匀化均匀化颗粒长大颗粒长大还有什么其它方法？还有什么其它方法？晶粒细化晶粒细化超声波细化超声波细化半固态成形工艺半固态成形工艺主要有两种：流变成形和触变成形主要有两种：流变成形和触变成形流变成形是将获得的半固态金属浆料在保持其半固态温度流变成形是将获得的半固态金属浆料在保持其半固态温度下直接送往成形设备进行成形加工，通常称为半固态金属下直接送往成形设备进行成形加工，通常称为半固态金属的流变成形的流变成形(Rheoforming)触变成形是将半固态金属浆料进一步凝固成坯料后，再按触变成形是将半固态金属浆料进一步凝固成坯料后，再按需要将坯料分切成一定大小，把这种切分的半固态坯料重需要将坯料分切成一定大小，把这种切分的半固态坯料重新加热到半固态温度，然后将半固态坯料送往成形设备进新加热到半固态温度，然后将半固态坯料送往成形设备进行成形加工行成形加工 (Thixoforming)高温合金半固态组织高温合金半固态组织a 铜合金铜合金b 不锈钢不锈钢c 低合金钢低合金钢 铝合金铝合金铝基复合材料铝基复合材料SIMA加工过程组织变化a 原始组织b 挤压预变形后C 挤压预变形后再加热至半固态重力铸造重力铸造半固态铸造半固态铸造ZL101A合金不同成型方式显微组织对比液态成形液态成形半固态成形半固态成形ZL101AZL101A合金力学性能对比合金力学性能对比合金状态抗拉强度（MPa）屈服强度(MPa)延伸率（%）ZL101A普通铸造普通铸造（T6T6）310310 提高量 27MPa27MPa248248提高量20MPa3 3提高量 300%300%半固态压铸半固态压铸（T6T6）3373372682681212半固态成形技术应用1978年，美国年，美国Alumax公司建成了世界上第一条公司建成了世界上第一条汽车零部件的触变生产线。

汽车零部件的触变生产线19881998年间，生产的铝合金汽缸，用于年间，生产的铝合金汽缸，用于Volve、BMW 、Audi等汽车等汽车为为Ford汽车公司生产的汽车公司生产的1500万件铝合金压缩机活万件铝合金压缩机活塞，成品率几乎为塞，成品率几乎为100此外，应用于铝合金轮毂此外，应用于铝合金轮毂生产效率与经济性生产效率与经济性半固态主要特点半固态主要特点凡具有固液两相区的合金均可实现半固态加工凡具有固液两相区的合金均可实现半固态加工可适用于铸造、挤压、锻压、焊接多种加工工艺可适用于铸造、挤压、锻压、焊接多种加工工艺充型平稳，无湍流和喷溅，加工温度低，凝固收充型平稳，无湍流和喷溅，加工温度低，凝固收缩小铸件尺寸精度高，成形尺寸与成品零件几乎相同，铸件尺寸精度高，成形尺寸与成品零件几乎相同，极大减少了机械加工量极大减少了机械加工量凝固时间短，有利于提高生产效率凝固时间短，有利于提高生产效率 主要缺点：主要缺点：半固态成形技术对金属的合金成分有一定适用半固态成形技术对金属的合金成分有一定适用范围需具有足够大的半固态区间，并且固相率范围需具有足够大的半固态区间，并且固相率随温度变化比较缓慢，以便于监控半固态合金的随温度变化比较缓慢，以便于监控半固态合金的固相率，从而实现对半固态材料制备与成形过程固相率，从而实现对半固态材料制备与成形过程的控制。

的控制液一固相线区间范围小的合金不适合液一固相线区间范围小的合金不适合如纯金属、共晶合金如纯金属、共晶合金1、有时候，我们活得累，并非生活过于刻薄，而是我们太容易被外界的氛围所感染，被他人的情绪所左右2、身材不好就去锻炼，没钱就努力去赚别把窘境迁怒于别人，唯一可以抱怨的，只是不够努力的自己3、大概是没有了当初那种毫无顾虑的勇气，才变成现在所谓成熟稳重的样子4、世界上只有想不通的人，没有走不通的路将帅的坚强意志，就像城市主要街道汇集点上的方尖碑一样，在军事艺术中占有十分突出的地位5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康6、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行7、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后一颗才发现有些事一开始就是错的，可只有到最后才不得不承认8、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。

12、女人，要么有美貌，要么有智慧，如果两者你都不占绝对优势，那你就选择善良13、时间，抓住了就是黄金，虚度了就是流水理想，努力了才叫梦想，放弃了那只是妄想努力，虽然未必会收获，但放弃，就一定一无所获14、一个人的知识，通过学习可以得到;一个人的成长，就必须通过磨练若是自己没有尽力，就没有资格批评别人不用心开口抱怨很容易，但是闭嘴努力的人更加值得尊敬15、如果没有人为你遮风挡雨，那就学会自己披荆斩棘，面对一切，用倔强的骄傲，活出无人能及的精彩16、成功的秘诀在于永不改变既定的目标若不给自己设限，则人生中就没有限制你发挥的藩篱幸福不会遗漏任何人，迟早有一天它会找到你17、一个人只要强烈地坚持不懈地追求，他就能达到目的你在希望中享受到的乐趣，比将来实际享受的乐趣要大得多18、无论是对事还是对人，我们只需要做好自己的本分，不与过多人建立亲密的关系，也不要因为关系亲密便掏心掏肺，切莫交浅言深，应适可而止19、大家常说一句话，认真你就输了，可是不认真的话，这辈子你就废了，自己的人生都不认真面对的话，那谁要认真对待你20、没有收拾残局的能力，就别放纵善变的情绪1、不是井里没有水，而是你挖的不够深不是成功来得慢，而是你努力的不够多。

2、孤单一人的时间使自己变得优秀，给来的人一个惊喜，也给自己一个好的交代3、命运给你一个比别人低的起点是想告诉你，让你用你的一生去奋斗出一个绝地反击的故事，所以有什么理由不努力!4、心中没有过分的贪求，自然苦就少口里不说多余的话，自然祸就少腹内的食物能减少，自然病就少思绪中没有过分欲，自然忧就少大悲是无泪的，同样大悟无言缘来尽量要惜，缘尽就放人生本来就空，对人家笑笑，对自己笑笑，笑着看天下，看日出日落，花谢花开，岂不自在，哪里来的尘埃!5、心情就像衣服，脏了就拿去洗洗，晒晒，阳光自然就会蔓延开来阳光那么好，何必自寻烦恼，过好每一个当下，一万个美丽的未来抵不过一个温暖的现在6、无论你正遭遇着什么，你都要从落魄中站起来重振旗鼓，要继续保持热忱，要继续保持微笑，就像从未受伤过一样7、生命的美丽，永远展现在她的进取之中;就像大树的美丽，是展现在它负势向上高耸入云的蓬勃生机中;像雄鹰的美丽，是展现在它搏风击雨如苍天之魂的翱翔中;像江河的美丽，是展现在它波涛汹涌一泻千里的奔流中8、有些事，不可避免地发生，阴晴圆缺皆有规律，我们只能坦然地接受;有些事，只要你愿意努力，矢志不渝地付出，就能慢慢改变它的轨迹。

9、与其埋怨世界，不如改变自己管好自己的心，做好自己的事，比什么都强人生无完美，曲折亦风景别把失去看得过重，放弃是另一种拥有;不要经常艳羡他人，人做到了，心悟到了，相信属于你的风景就在下一个拐弯处10、有些事想开了，你就会明白，在世上，你就是你，你痛痛你自己，你累累你自己，就算有人同情你，那又怎样，最后收拾残局的还是要靠你自己11、人生。