半固态坯料制备的完备化技术.pdf

江苏大学硕士学位论文摘要半固态金属加工( 半厨态成形) 技术是近年来金属加工技术研究的热点，通过该技零形成的零件具有尺寸糖度离、表醚质量高翻蛙麓好等特点铝合金半固态成形技术为汽车工业、航空工业所急需，而制备菲树枝晶的半固态坯料是锅台金半固态成形的关键技术之一本文在概述半固态坯料制备方法研究现状舱基蓉爨～t - ，提出半固态坯料制备方法的优化措施，分别采用低温铸造法和电磁搅拌方法制备亚共黥镐硅合金半固态坯料对低温铸造和电磁搅拌时菲棱潞缝织秘形成枧理进行了分析探讨磷究表明，优化低滥铸造翻电磁搅拌的工艺参数，戆够利备性能优越憋拳固态坯料针对低温铸造方法制取的坯料中存在的缩松缺陷，本文提出采用吹入氮气处瑾的方法，秘＆是逶过气泡群懿运动来诱发液体的环漉运动，从而促进液体的流动，增加金属的补缩能力，从而减少缩松甚至使其游失通过数值推导和模拟试验，对凝霹过程中欧入氮气澄除翁松的机理进行了初步攘讨关键嗣：弧共爵锱硅合金；半圆态成形坯料；低溢铸造法；露磁搅拌法；氮气搅拌江苏大学硕士学位论文O p t i m u mF a b r i c a t i o nT e c h n i q u e so fS e m i —S o l i dF o n n i n gB i l l e t sA 8 S T R A C TS e m i —s o l i df o r m i n g ( S S F ) h a sb e c o m et h ef o c u so fs t u d i e so nm e t a lf o r m i n gt e c h n i q u e si nr e c e n ty e a r s ．T h ec o m p o n e n t so b t a i n e db yu s i n gt h i st e c h n i q u eh a v en o to n l yh i 曲d i m e n s i o np r e c i s i o na n dg o o ds u r f a c eq u a t i t y ；b u ta l s og o o dp r o p e r t i e s ．S S Fo fa l u m i n u ma l l o y si sn e c e s s a r yi nb o t ha u t o m o b i l ei n d u s t r y “ a n ds p a c ei n d u s t r ) ：T h ep r o d u c t i o no f1 3 0 1 “ I —d e n d r i t i cs e n t i —s o l i db i l l e ti so n eo ft h ek e yt e c h n i q u e si nt h eS S Fo fa l u m i n u ma l l o y s ，F o l l o w i n gar e v i e x vo fp r e v i o u sr e s e a r c hw o r k so i lf a b r i c a t i o nt e c h n i q u e so fs e m i —s o l i df o r m i n gb i l l e t s ，t h eo p t i m i z a t i o no ft b ef a b r i c a t i o nt e c h n i q u e so fs e m i —s o l i df r a m i n gb i l l e t su s i n gl o wt e m p e r a t u r ec a s t i n ga n de l e c t r o m a g n e t i cs t i r r i n g ( E M S ) ，r e s p e c t i v e l y , h a sb e e nc a r r i e do u t 。

T h ef o r m a t i o nm e c h a n i s m so fn O D —d e n d r i t i cm i c m s t r u c t m ei nb i l l e t so b t a i n e db yu s i n gt h e s et w ot e c l m i q u e sh a v e b e e ns t u d i e d ．I ti sh l d i c a t e dt h a tt h es e m i —- s o l i df o r m i n gb i l l e t sh a v eg o o dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa st h ep r o c e s sp a r a m e t e l ＼, ；h a v eb e e no p t i m i z e d ．A st h e r ea r em i e r o p o r o s i t i e si nt h eb i l l e t so b t a i n e db yl o wt e m p e r a t u r ec a s t i n g ，n i t r o g e ns t i r r i n gh a sb e e ne m p l o y e di nt h ec u r r e n tr e s e a r c ht oi n d u c et h ec o n v e c t i o no fl i q u i da l u m i n u ma l l o y ．T h ei n s t a n t a n e o u si m p a c tp o w e ri sf o r m e dw h e nt h en i t r o g e nb u b b l e st r a n s g r e s st h es u r f a c eo fl i q u l da l u m i n u ma n db r e a kT h i sp o w e rc a r ld r i v et h ef l o w a g eo fl i q u i da l u m i n u ma n di m p r o v e 狂sf i l l i n ga b i l i t y ．T h u s ，t h em i e r o p o m s i t i e sc a nh er e d u c e do re v e ne l i m i n a t e d ．A c c o r d i n gt om a t hd e d u c t i o na n de x p e r i m e n t a ls i m u l a t i o n ，t h em e c h a n i s mo ft h ei n f l u e n c eo ft h en i t r o g e ns t i r r i n gd u r i n gt h es o l i d i f i c a t i o no fl i q u i da l u m i n u ma l l o yO Ht h ee l i m i n a t i o no fm i c r o p o r o s i t i e sh a st h e nb e e ns t u d i e d 。

K e yW o r d s ：h y p o e u t e c t i cA 1 一S ia l l o y ，s e m i - s o l i df o r m i n gb i l l e t s ，l o wt e m p e r a t u r ec a s t i n g ，e l e c t r o m a g n e t i cs t i r r i n g ，n i t r o g e ns t i r r i n g学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保馨、使用学位论文的规定，离意学校保整并囱誉家有关都门或祝捣送交论文熟复舜’件和电子版允许论文被查阅和借阗本人授权江苏大学可以将本学位论文蛉全部内容缡入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫播等复制手段保存和汇编本学位论文保密口～“ 本学位论文属于，在年我解密后遣用本授权书不保密函学位论文作者签名：球静蠛弦眵年鑫鬟，，鑫指导教师签名啤刚 硼年善嚣} } 疆本人郑重声明：所呈交的学位论文，遐本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担学位论文作者签名：氆№稍强期：2 ∞妒年6 月f f 目江苏大学硕士学位论文第1 章概述1 ．1 半固态金属加工技术简介自1 9 7 1 年美国麻省理工学院的D ．B ．S p e n c e r 和M ．C ．F l e m i n g s 【l 捌提出半固态金属成形概念以来，半固态金属加工技术( S e m i ．S o l i dM e t a lP r o c e s s0 1 “ S e m i ．S o l i dM e t a lF o r m i n g ，简称s s M ) 作为～种新型材料加工技术得到了国际上的普遍重视，成为材料学科的研究热点之一，目前已在汽车工业得到一定程度的应用在金属的凝固过程中采用某些特殊工艺使枝晶破碎、球化，保留分散的颗粒状组织，这样的显微组织在固相率达到6 0 ％仍具有一定的流动性，具有这种特殊结构的部分凝固金属就称为半固态金属而采用这种既非完全液态，又非完全固态的半固态金属加工成形的方法就称为半固态金属加工技术半固态金属具有触变性，所谓触变性就是非枝晶半固态金属静置一段时间后，粘度急剧增大，可以像固态金属一样搬运，当施加剪切力或搅拌时，又像液态金属一样具有良好的流动性。

与普通的加工方法相比，半固态金属加工具有许多优点【3 - n ：( 1 ) 应用范围广泛，理论上凡具有固液两相区的合金均可实现半固态加工 2 ) S S M 充形平稳，无湍流和喷溅，加工温度低，凝固收缩率小，因而铸件尺寸精度高S S M 成形件尺寸与成品零件几乎相同，大大地减少了机械加工量，从而节约资源，提高生产率 3 ) 半固态合金己释放了部分结晶潜热，因而减轻了对成形装置尤其是模具的热冲击，使其寿命大幅度提高 4 ) S S M 成形件表面平整光滑，铸件内部组织致密，内部气孔、偏析等缺陷少，晶粒细小，力学性能提高，可接近或达到形变材料的力学性能 5 ) 应用半固态加工工艺可改善制备复合材料时出现的非金属增强体的飘浮、偏析以及与金属基体不润湿的技术难题 6 ) 与固态金属模锻相比，S S M 的流动应力显著降低，模锻成形速度更高，而且可以形成十分复杂的零件 7 ) 节约能源半固态加工与普通铝合金铸造相比，节能3 5 ％左右半固态成形也有其局限性，可以归纳为：( 1 ) 需要准备特殊的原材料，原材江苏大学硕士学位论文料的成本相对较高 2 ) 需要特殊的成形设备，造价较高 3 ) 需要培训高技能操作人员。

半固态成形是一个大的概念，它是针对固、液共存的半熔化或半凝固金属进行成形加工的工艺方法的总称其工艺过程见图卜l 目前，半固态成形方法大致可以分为半固态轧制、半固态挤压、半固态锻造和半固态压铸( 包括流变铸造和触变成形) 等几种主要工艺类型嘲在实际工业生产中，主要采用触变成形这种工艺半田态金属纠备半田态戍形图1 - 1半固态金属加工的工艺过程F i g ．1 —1S c h e m a t i c so fs e m i - s o l 。