消失模鑄造培訓資料PPT

1、6. 消失模鑄造 定義定義: 消失模鑄造技術是將與鑄件尺寸形狀相似的發(fā)泡塑料模型粘結(jié)組合成 模型簇，刷涂耐火涂層并烘干后，埋在干石英砂中振動造型，在一定條件 下澆注液體金屬，使模型氣化并占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成所需鑄件 的方法。 對于消失模鑄造，有多種不同的叫法。 國內(nèi)主要的叫法有 “干砂實型鑄造干砂實型鑄造”、 “ 負壓實型鑄造負壓實型鑄造”， 簡稱epc鑄造鑄造。國 外的叫法主要有： lost foam process (u.s.a)、 policast process(italy)等。 1956年美國人h.f.shoyer開始了將聚苯乙烯泡沫塑料用于鑄造的試 驗，并獲得成功,引起了人

2、們極大的興趣，1958年以專利的形式公布于 眾，當時稱之為“無型腔鑄造”。起初，該法只是用來制造金屬雕像 等藝術品鑄件，以后經(jīng)過許多實踐和探索，1962年西德從美國引進專 利，消失模鑄造法才開始被開發(fā)，并在工業(yè)上得到應用。 1964年美國的t.r.smith發(fā)表了使用 無粘結(jié)劑干砂造型生產(chǎn)消失模鑄件的專 利。到了1967年,采用普通粘土砂和自硬 砂的消失模鑄造法獲得了成功,并在許多 國家得到了應用,生產(chǎn)了成千上萬噸鑄件, 但無粘結(jié)劑干砂實型鑄造卻沒得到發(fā)展, 仍處于探索階段。在整個六十年代直至 七十年代,消失模鑄造法僅限于單件小批 生產(chǎn),典型產(chǎn)品是汽車模具、機器底座、 藝術品等。1968年，德

3、國人 e.kryzmowski在砂箱內(nèi)抽成負壓進行 澆注,取得了專利，即現(xiàn)在的消失模鑄造。 八十年代以前，由于專利的制約，生產(chǎn)中使用無粘結(jié)劑干砂消失 模鑄造受到限制；鑄造界與其他產(chǎn)業(yè)部門協(xié)調(diào)不夠；由于工藝不當、 型砂和涂料不合適以及模型質(zhì)量不高所導致的實型鑄件外觀及內(nèi)在質(zhì) 量不夠好，造成了一部分人的等待、觀望甚至懷疑的態(tài)度，使得消失 模鑄造法發(fā)展緩慢。 1981年以后由于相應專 利技術失效，再加上經(jīng)過幾 年努力，發(fā)泡聚苯乙烯原料 珠粒有了很大進步、模型組 合粘結(jié)劑質(zhì)量改善、高質(zhì)量 涂料被研制成功等工藝技術 的進步，消失模鑄造法得以 迅速發(fā)展，并很快在生產(chǎn)上 得到應用。1982年美國首先 公開了

4、世界上第一條生產(chǎn)復 雜鋁鑄件的消失模鑄造生產(chǎn) 線。至此，消失模鑄造作為 一種全新的鑄造工藝方法被 應用于生產(chǎn)。 1979年，由我國著名消失模鑄造專家、中國科學院長春 光學精密機械研究所研究員黃述哲教授領導的課題組，在中 國最早開始了消失模鑄造的原理性試驗。同年，黃述哲教授 在全國鑄造工藝學會上發(fā)表了“消失模鑄造基本特性的研究” 論文報告，在國內(nèi)首次系統(tǒng)闡述了這一方法的特點和規(guī)律性。 1982年，在光機所工廠建成了一條消失模鑄造實驗生產(chǎn)線。 八十年代后期鄭州機械所也開始了消失模鑄造的試驗性 應用研究。 九十年代開始以來，清華大學、哈爾濱工業(yè)大學、華中 理工大學、西安交大等也紛紛加入了消失模鑄造的

5、研究。 6.1 消失模鑄造工藝 最普遍實用的方法是把涂有耐火材料涂層的模型放入砂箱，模型 四周用干砂充填緊實，澆注液態(tài)金屬，取代泡沫塑料模型，這種鑄鑄 造造工藝被稱為：消失模鑄造消失模鑄造（epc）、氣化模鑄造模鑄造及實型鑄造鑄造等。美 國鑄造鑄造協(xié)會消失模鑄造消失模鑄造委員會采用了“消失模鑄造消失模鑄造”作為該工藝的名稱。 消失模鑄造消失模鑄造是一項創(chuàng)新的鑄造鑄造工藝方法，可用于生產(chǎn)有色及黑色 金屬動力系統(tǒng)的零件，包括：汽缸體、汽缸蓋、曲軸、變速箱、進 氣管、排氣管及剎車轂等鑄件。 玻璃鋁合金檢具玻璃鋁合金檢具 汽缸體汽缸體 消失模鑄造（又稱實型鑄造）是將與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模 型粘結(jié)組

6、合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振動 造型，在負壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據(jù)模型位置，凝固冷 卻后形成鑄件的新型鑄造方法。 消失模鑄造分為兩類：用板材加工成形的氣化模鑄造和用模具發(fā) 泡成形的消失模鑄造。前者的主要特點是：1）模樣不用模具成形， 而是采用市售的泡沫板材，用數(shù)控加工機床分塊制作，然后粘合而成。 2）通常采用樹脂砂或水玻璃砂作充填砂，也有人采用干砂負壓造型。 后者的主要特點是，模樣在模具中成形和采用負壓干砂造型。它主要 適用于中、小型鑄件的大批生產(chǎn)。通常稱這種方法為lost foam casting,簡稱簡稱lfc法法。 泡沫塑料epc模采用無粘結(jié)劑干砂結(jié)合抽真

7、空 的鑄造法,稱為消失模鑄造法,也叫epc 法法 干砂負壓消失模鑄造技術（簡稱lfc）是一項精確 成形的鑄造新技術，被鑄造界的權威人士稱為“代表21 世紀的鑄造新技術”，“使鑄造技術在與其他成形方法 和替代材料的競爭中立于不敗之地的一張王牌”。 lfc法與傳統(tǒng)的粘土砂鑄造的主要 工藝流程比較如下圖： 1、預發(fā)泡 模型生產(chǎn)是消失模鑄造消失模鑄造工藝的第一道工序，復雜鑄件如汽缸蓋，需 要數(shù)塊泡沫模型分別制作，然后再膠合成一個整體模型。每個分塊模型 都需要一套模具進行生產(chǎn)，另外在膠合操作中還可能需要一套胎具，用 于保持各分塊的準確定位，模型的成型工藝分為兩步，第一步是將聚苯 乙烯珠粒預發(fā)到適當密度，

8、一般通過蒸汽快速加熱來進行，此階段稱為 預發(fā)泡。 2、模型成型 經(jīng)過預發(fā)泡的珠粒要先進行穩(wěn)定化處理，然后再送到成型機的料斗 中，通過加料孔進行加料，模具型腔充滿預發(fā)的珠粒后，開始通入蒸汽， 使珠粒軟化、膨脹，擠滿所有空隙并且粘合成一體，這樣就完成了泡沫 模型的制造過程，此階段稱為蒸壓成型。 成型后，在模具的水冷腔內(nèi)通過大流量水流對模型進行冷卻，然后 打開模具取出模型，此時模型溫度提高且強度較低，所以在脫模模和儲存 期間必須謹慎操作，防止變形及損壞。 美國齒輪箱體鑄件、泡沫美國齒輪箱體鑄件、泡沫 合肥叉車集團合肥叉車集團 叉車變矩器殼體鑄件叉車變矩器殼體鑄件 3、模型簇組合、模型簇組合 模型在使

9、用之前，必須存放適當時間使其熟化穩(wěn)定，典型的模型存 放周期多達30天，而對于用設計獨特的模具所成型的模型僅需存放2個 小時，模型熟化穩(wěn)定后，可對分塊模型進行膠粘結(jié)合。 分塊模型膠合使用熱熔膠在自動膠合機上進行。膠合面接縫處應密 封牢固，以減少產(chǎn)生鑄造鑄造缺陷的可能性。 4、模型簇浸涂、模型簇浸涂 為了每箱澆注可生產(chǎn)更多的鑄件，有時將許多模型膠接成簇，把模 型簇浸入耐火涂料中，然后在大約3060c（86-140f）的空氣循環(huán)烘爐 中干燥23個小時，干燥之后，將模型簇放入砂箱，填入干砂振動緊實， 必須使所有模型簇內(nèi)部孔腔和外圍的干砂都得到緊實和支撐。 5、澆注 模型簇在砂箱內(nèi)通過干砂振動充填堅實后

10、，鑄型就可澆注，熔融金屬 澆入鑄型后（澆注溫度鑄鋁約在760c/1400f，鑄鐵約在1425c/2600f），模 型氣化被金屬所取代形成鑄件。下圖是消失模消失模工藝的砂箱和澆注示意圖。 在消失模鑄造消失模鑄造工藝中，澆注速度比傳統(tǒng)空型鑄造鑄造更為關鍵。如果澆注 過程中斷，砂型就可能塌陷造成廢品。因此為減少每次澆注的差別，最好 使用自動澆注機。 6、落砂清理 澆注之后，鑄件在砂箱中凝固和冷卻，然后落砂。鑄件落砂相當簡 單，傾翻砂箱鑄件就從松散的干砂中掉出。隨后將鑄件進行自動分離、 清理、檢查并放到鑄件箱中運走。 干砂冷卻后可重新使用，很少使用其他附加工序，金屬廢料可在生 產(chǎn)中重熔使用。 lfc法

11、的主要特點：法的主要特點： 1）lfc是一種近無余量、精確成形的工藝；是一種近無余量、精確成形的工藝； 2）容易實現(xiàn)清潔生產(chǎn)；）容易實現(xiàn)清潔生產(chǎn)； 3）為鑄件結(jié)構(gòu)設計提供了充分的自由度；）為鑄件結(jié)構(gòu)設計提供了充分的自由度； 4）金屬液的流動前沿是熱解的消失模產(chǎn)物（氣體和液體），它會與 金屬液發(fā)生反映并影響到金屬液的充填，如果金屬充型過程中熱解產(chǎn)物 不能順利排除，就容易引起氣孔、皺皮、增碳等缺陷。這就要求工藝師 掌握消失模鑄造成形原理，正確設計澆注系統(tǒng)，制定合理的工藝方案。 5）模具的鑄造成本較高，要求有一定的生產(chǎn)批量，否則很難獲得好 的經(jīng)濟效益。 美國gm powertrain公司生產(chǎn) 2.2

12、l-14缸體，重25kg。采用 消失模鑄造后，其功率和扭 矩提升，噪聲和振動下降， 重量比砂型鑄件減輕6.7kg 綜上所述，消失模鑄造符合當今綜上所述，消失模鑄造符合當今 鑄造技術發(fā)展的總趨勢有著廣闊鑄造技術發(fā)展的總趨勢有著廣闊 的前景，與傳統(tǒng)鑄造技術相比，的前景，與傳統(tǒng)鑄造技術相比， 消失模鑄造技術具有與無倫比的消失模鑄造技術具有與無倫比的 優(yōu)勢，被國內(nèi)外鑄造界譽為優(yōu)勢，被國內(nèi)外鑄造界譽為“二二 十一世紀的鑄造技術十一世紀的鑄造技術” 、“鑄造鑄造 工業(yè)的綠色革命工業(yè)的綠色革命”。 1 技術方面技術方面 1）模型設計的自由度增大 新工藝有可能進行造型設計，并完全可以從第一階段就能在模型上增加

13、 一些附加功能。例如：柴油預熱器有一個特殊功能部件，它可采用消失模消失模 鑄造鑄造工藝進行制造，而不能采用傳統(tǒng)鑄造鑄造方法生產(chǎn)。 2）免除了鑄件生產(chǎn)中使用的砂芯 3）很多鑄件可以不要冒口補縮 4）提高鑄件精度 可獲得形狀結(jié)構(gòu)復雜，可100重復生產(chǎn)高精度鑄件，可使鑄件壁厚偏差 控制在-0.15+0.15mm之間。 5）在模型接合面不產(chǎn)生飛邊 6）具有減輕鑄件重量約1/3的優(yōu)勢 7）減少加工余量 可以減小機加工余量，對某些零件甚至可以不加工。這就大大減少了機 加工和機床投資（例如，對于不同情況可以減少一半投資）。 8）與傳統(tǒng)空腔鑄造鑄造相比，模具投資下降。 9）完全消除了傳統(tǒng)的落砂和出芯工序 目前

14、，國內(nèi)外在柴油機和汽油機發(fā)動機缸體的泡沫模型的結(jié)構(gòu)工藝設 計上有較大差異，從分片方案到模片的工藝處理均不盡相同。歐美國 家在分片方案上多采用自缸蓋結(jié)合面至油底殼面水平切分(包括“v” 形和直列式缸體) 的方式，如圖1 所示。這種分型方案的優(yōu)點是有利 于實現(xiàn)自動化大批量生產(chǎn)，且膠合線互不干涉，膠合質(zhì)量有保證； 不足之處是膠合線較多且大部分分布在非加工面上，外觀的整體美感 不及普通砂型鑄造件。與之配套的模片工藝處理較大的地方是將曲軸 箱沿起模方向進行局部封實和鏤空處理，如圖2所示。 2 經(jīng)濟方面經(jīng)濟方面 1）可整體生產(chǎn)復雜鑄件 采用新工藝設計，分塊模型可膠合組成整體模型，鑄成復雜整體部件， 對比原

15、先多個鑄件組合裝配部件（如柴油預熱器）而言，可獲益1到10 倍。 2）減少車間人員 建立消失模鑄造消失模鑄造工廠，所雇員工數(shù)量少于傳統(tǒng)鑄造鑄造工廠，因此應當 考慮這一因素。 3）鑄造鑄造工藝靈活 鑄造鑄造工藝的靈活性非常重要，因為新工藝有可能同時生產(chǎn)在砂箱中變 化放置大量類似的或不同的鑄件，澆注系統(tǒng)也因此十分靈活?？傊?，我 們可以說，每種優(yōu)勢都與經(jīng)濟利益相一致，同時還改善了工作條件。 3 環(huán)境保護環(huán)境保護 聚苯乙烯和pmma在燃燒時產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、水及其他碳 氫化合物氣體，其含量均低于歐洲允許的標準。干砂可使用天然硅砂， 100%反復循環(huán)使用，不含有粘結(jié)劑。模型使用的涂料是在水中添加

16、粘結(jié)劑等輔料組成，不產(chǎn)生污染。 大量生產(chǎn)條件下傳統(tǒng)粘土砂型鑄造與消失模鑄造工藝特點的比較大量生產(chǎn)條件下傳統(tǒng)粘土砂型鑄造與消失模鑄造工藝特點的比較 項 目傳統(tǒng)砂型鑄造 消失模鑄造 模 型 工 藝 1開邊必須分型開邊，便于造型 無須開邊 2拔模斜度必須有一定的拔模斜度基本沒有或很小的拔模斜度 3組成有外型芯合組成單一模型 4應用次數(shù)一個模型多次使用一型一次 5材質(zhì)金屬或木材泡沫塑料 造型 工藝 1型砂有粘結(jié)劑、水、附加物經(jīng) 過混制的型芯砂 無粘結(jié)劑、任何附加物和水的干砂 2填砂方式機械力填砂自重微振填砂 3緊實方式機械力緊實物理（自重、微振、真空）作用緊實 4砂箱特點根據(jù)每個零件特點制備專 用砂箱

17、 簡單的通用砂箱 5鑄型型腔由型芯裝配組成空腔實型 6涂料層大部分無需涂層必須有涂層 澆注 工藝 1充型特點 只是填充空腔金屬與模型發(fā)生物理化學作用 2影響充型速度的主 要因素 澆注系統(tǒng)與澆注溫度主要受型內(nèi)氣體壓力狀態(tài)，澆注系統(tǒng)， 澆注溫度的影響 落砂 清理 1落砂 需強力振動打擊翻箱或吊出鑄件，鑄件與砂自動分離 2清理需打磨飛邊毛刺及內(nèi)澆口只需打磨內(nèi)澆口，無飛邊毛刺 6.2 消失模鑄造輔料 消失模鑄造用涂料的基本組成包括耐火填料、載體、懸浮劑、粘結(jié)劑耐火填料、載體、懸浮劑、粘結(jié)劑 和添加劑和添加劑等5種基本組分，其有別于普通砂型鑄造涂料的幾個主要性能有 強度、透氣性、吸著性、涂刷性和不流淌性

18、強度、透氣性、吸著性、涂刷性和不流淌性等。消失模鑄造涂料的作用 主要有： 1)降低鑄件表面粗糙度值； 2)防止或減少鑄件粘砂、砂眼等缺陷； 3)提高鑄件落砂、清理效率； 4)使金屬液流動前沿氣隙中模樣熱解的氣體和液體產(chǎn)物順利地通過，排 到鑄型中去，但又要防止金屬液的滲入，這是防止鑄件產(chǎn)生氣孔、金屬 滲透和碳缺陷十分重要的條件； 5)提高泡沫模樣的強度和剛度，防止模樣在運輸、填砂振動時產(chǎn)生變形 和破壞； 6)對于鋁合金鑄件，尤其是薄壁鋁合金鑄件，有良好的保溫絕熱作用， 以防止由于模樣熱解吸熱使金屬流動前沿溫度下降過快，避免冷隔和交 不到缺陷。 1、涂料、涂料 消失模鑄造用模片粘合劑可分為4大類：

19、熱溶膠、水溶膠、溶 劑揮發(fā)膠和雙組分膠。它們都必須滿足以下要求：對泡沫模樣午 腐蝕作用；軟化點適中，快干性能好；粘合強度較好，并有一定 的柔軟性；分解氣化溫度低，殘留物少。 2、粘合劑、粘合劑 類別 主要成分 粘合過程 性能 快干 性能 粘合 強度 氣化 性能 熱溶膠石蠟、乙烯聚醋酸乙 烯乳液 加熱熔融 冷卻固化 好好好 水溶乳膠聚醋酸乙烯乳液水分揮發(fā) 加熱固化 差較差好 溶劑揮發(fā)膠橡膠乳液溶劑揮發(fā) 獲得強度 較好較好較好 雙組分膠a組分為呋喃樹脂 b組分為酸固化劑 化學反應 獲得強度 好較好較好 1消失模鑄造專用的可發(fā)性聚苯乙烯樹脂珠粒（eps）； 2可發(fā)性甲基丙烯酸甲脂與苯乙烯共聚樹脂珠粒

20、（stmma）； 3可發(fā)性聚甲基丙烯酸甲脂樹脂珠粒（epmma）。 用戶根據(jù)鑄件的特點和要求來選用需要的品種和規(guī)格，以確保獲得 優(yōu)質(zhì)的泡沫塑料模型和消失模鑄件。 3、泡沫珠粒、泡沫珠粒 指標epsstmmaepmma 外觀無色半透明珠粒半透明乳白色珠粒乳白色珠粒 珠粒粒徑/mm1#(0.600.80),2#(0.400.60),3#(0.300.40) 4#(0.250.30),5#(0.200.25) 表觀密度（千克/立 方米) 550670 發(fā)泡倍率504540 應用范圍鋁、銅合金、灰鑄鐵 及一般鋼鑄件 灰鑄鐵、球鐵、低碳 鋼及低碳合金鋼 球鐵、低碳鋼、低碳 合金鋼及不銹鋼鑄件 6.3 消

21、失模鑄造發(fā)展趨勢 美國學者c.bates教授等發(fā)表了全球消失模生產(chǎn)技術和市場發(fā)展 的論文，比較詳細地論述了模樣制作、涂料、砂子緊實、澆注、充型和 模樣熱解各個環(huán)節(jié)的成就和發(fā)展趨勢，許多北美的企業(yè)、高校和行業(yè)組 織聯(lián)合起來，組成消失模鑄造聯(lián)盟，對該工藝進行進行開發(fā)研究，經(jīng)過 不懈的努力，使該工藝得到不斷的改善，工藝過程得到更好的控制，也 逐漸被更多的鑄造界人士所認同，鑄造企業(yè)和鑄件的使用者都從中受益。 1999年美國威斯康星大學的一項市場市場調(diào)查表明，在未來的6到10年中， 消失模工藝的前景一片光明。市場調(diào)查表明：在1990年，有6%的鋁合金 鑄件是使用消失模鑄造工藝生產(chǎn)的。預計到2007年，將

22、會有29%的鋁合 金鑄件使用該工藝。從1997年起，灰鑄鐵和球鐵方面也有較大增長，目 前約有2%的灰鑄鐵件是由消失模工藝生產(chǎn)的，預計到2009年將達到15%。 消失模工藝不斷為人們所認識，也為新產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了足夠的信 心。通用（美國）、teksid（美國）、casti（意大利）、intermet（美 國）、citation form（美國）、寶馬（德國）都已經(jīng)引進了消失模鑄造 工藝。 消失模鑄造技術自九十年代開始在我國進入工業(yè)化應用，經(jīng)過十幾年 的發(fā)展，我國的消失模鑄造工業(yè)具有了一定規(guī)模，成為鑄造工業(yè)的重要 組成部分。消失模鑄造技術也被國家重點推廣而成為改造傳統(tǒng)鑄造業(yè)應 用最廣泛的高新技術。

23、 但總的來說，我國消失模鑄造的生產(chǎn)應用水平與發(fā)達國家仍然有很大 的差距。目前，我國的消失模鑄造廠家大大小小有數(shù)百家。但大部分的 工廠生產(chǎn)能力都不大（與國外動輒數(shù)萬噸的生產(chǎn)能力相比差距較大）。 形成這種狀況，除了我國的消失模鑄造工業(yè)起步較晚之外，還因為： （一）很難接受技術和工藝的有償服務，這是我國企業(yè)的“通病”，消 失模鑄造行業(yè)也不例外。我國的生產(chǎn)廠家過去在引進消失模鑄造時，過 分注重硬件設備的引進，而忽視軟技術的引進。消失模鑄造對于大多數(shù) 企業(yè)來講，畢竟是新生事物，從接觸到理解到應用需要一個過程，是無 法一蹉而就的?？科髽I(yè)自身的技術力量去探索生產(chǎn)技術、產(chǎn)品工藝等， 周期較長。所以，廠家在引進

24、消失模鑄造工藝時，應當注意對技術和工 藝的引進。 （二）我國國產(chǎn)的消失模鑄造設備水平能基本滿足生產(chǎn)的需要，但提 供者對于消失模鑄造技術和生產(chǎn)工藝的掌握卻差別不一。我們在引進 消失模鑄造工藝時，應對供應商進行綜合評價。 （三）我國引進消失 模鑄造的歷史不長，既有理論又有實踐的消失模鑄造技術人才還不多。 因此，技術人才的培養(yǎng)，是我國消失模鑄造工業(yè)迅速發(fā)展的迫切需要。 現(xiàn)在，我國的消失模鑄造處于一個蓬 勃發(fā)展的歷史時期，只要我們能夠吸取經(jīng) 驗教訓，并作出不懈的努力，前景將會一 片光明。 7. 半固態(tài)鑄造 自1971年美國麻省理工學院的d.b.spencer和m.c.flemings發(fā)明了一 種攪動鑄

25、造（stir cast）新工藝，即用旋轉(zhuǎn)雙桶機械攪拌法制備出sr15% pb流變漿料以來，半固態(tài)金屬（ssm）鑄造工藝技術經(jīng)歷了20余年的研 究與發(fā)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（partially solidified casting alloys）。由于采用該技術的產(chǎn)品具 有高質(zhì)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(chǎn)高性能和近凈成形的部件。半固態(tài)金屬鑄造工藝的成 形機械也相繼推出。目前已研制生

26、產(chǎn)出從600噸到2000噸的半固態(tài)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(tài)金屬鑄造工藝被認為是半固態(tài)金屬鑄造工藝被認為是21世紀最世紀最 具發(fā)展前途的近凈成形和新材料制備技術之一。具發(fā)展前途的近凈成形和新材料制備技術之一。 7.1 半固態(tài)鑄造工藝原理 在普通鑄造過程中，初晶以枝晶方式長大， 。如果在液態(tài)金屬從液 相到固相冷卻過程中進行拌拌，則使普通鑄造成形時易于形成的樹 枝晶網(wǎng)絡骨架被打碎而保留分散的顆粒狀組織形態(tài)，懸浮于剩余液相中。 這種顆粒狀非枝晶的顯微組織， 從而可利用常規(guī)的成形工藝如壓鑄、擠壓，模鍛等實現(xiàn)金屬的成形。 7.2 半

27、固態(tài)鑄造的合金制備 制備半固態(tài)合金的方法很多，除機械攪拌法外，近幾年又開發(fā)了制備半固態(tài)合金的方法很多，除機械攪拌法外，近幾年又開發(fā)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(fā)熔化激活法（沿彎曲通道強迫流動法、應變誘發(fā)熔化激活法（simasima）、噴射沉積法）、噴射沉積法 （sprayspray）、控制合金澆注溫度法等。其中，電磁攪拌法、控制合金澆）、控制合金澆注溫度法等。其中，電磁攪拌法、控制合金澆 注溫度法和注溫度法和simasima法，是最具工業(yè)應用潛力的方法。法，是最具工業(yè)應

28、用潛力的方法。 1 1機械攪拌法機械攪拌法 機械攪拌是制備半固態(tài)合金最早使用的方法。flemings等人用 一套由同心帶齒內(nèi)外筒組成的攪拌裝置（外筒旋轉(zhuǎn)，內(nèi)筒靜止） ，成功地制備了錫-鉛合金半固態(tài)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(tài)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(tài)漿液 。通過改進，改善了漿液的攪拌效果，強化了型內(nèi)金屬液的整體 流動強度，并使金屬液產(chǎn)生向下壓力，促進澆注，提高了鑄錠的 力學性能。 2 2 電磁攪拌法電磁攪拌法 電磁攪拌是利用旋轉(zhuǎn)電磁場在金屬液中產(chǎn)生感應電流，金屬液 在洛倫磁力的作用下產(chǎn)生運動，

29、從而達到對金屬液攪拌的目的。 目前，主要有兩種方法產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場：一種是在感應線圈內(nèi)通交 變電流的傳統(tǒng)方法；另一種是1993年由法國的c.vives推出的旋轉(zhuǎn) 永磁體法，其優(yōu)點是電磁感應器由高性能的永磁材料組成，其內(nèi) 部產(chǎn)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(chǎn)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(fā)熔化激活法（應變誘發(fā)熔化激活法（simasima） 應變誘發(fā)熔化激活法（sima）是將常規(guī)鑄錠經(jīng)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的 拉長形變結(jié)構(gòu)，然后加熱到固液兩相區(qū)等溫一定時間，被拉長的晶 粒變成了細小

30、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(yōu)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(tài)成形原材料的方法。但是，它的最大缺點 是制備的坯料尺寸較小。 7.3 半固態(tài)鑄造成形方法 （1）流變鑄造（）流變鑄造（rheoforming, rheocast） 觸變鑄造工藝示意圖觸變鑄造工藝示意圖 1 壓鑄合金壓鑄合金 2

31、 連續(xù)供給合金液連續(xù)供給合金液 3 感應加熱器感應加熱器 4 冷卻器冷卻器 5 流變流變 鑄錠鑄錠 6 壓射室壓射室 7 壓鑄模壓鑄模 在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(shù) 下，直接將所得到的半固態(tài)金屬漿液壓鑄或擠壓成形，見圖2。 如r.shibata等人曾將用電磁攪拌方法制備的半固態(tài)合金漿液直接送 入壓鑄機射室中成形。該方法生產(chǎn)的鋁合金鑄件的力學性能較擠壓鑄 件高，與半固態(tài)觸變鑄件的性能相當。問題是，半固態(tài)金屬漿液的保 存和輸送難度較大，故實際投入應用的不多。 （2）觸變鑄造（）觸變鑄造（thixoforming, thixocast） 將已制備的非枝晶組織錠坯重新加熱

32、到固液兩相區(qū)達到適宜粘度后，進行 壓鑄或擠壓成形，如圖3所示。 觸變鑄造工藝示意圖觸變鑄造工藝示意圖 1 坯料坯料 2 軟度指示計軟度指示計 3 坯料重新加熱坯料重新加熱 裝置裝置 4 壓射室壓射室 5 壓鑄模壓鑄模 美國的eopco、hpm corp.、prince machine、 tht presses以及瑞士的 buhler公司、意大利的idra usa、italpresse of america、加拿大的 producer usa、日本的toshiba machine corp和ube machinery services等 均已能生產(chǎn)半固態(tài)鋁合金觸變成形專用設備。該方法對坯料的加熱、 輸送易于實現(xiàn)