第六節(jié)-半固態(tài)金屬流變

1、液態(tài)金屬的停流機(jī)理液態(tài)金屬的停流機(jī)理SLTTT0結(jié)晶溫度間隔結(jié)晶溫度間隔12鑄造鑄造液態(tài)模鍛液態(tài)模鍛鍛造鍛造擠壓擠壓液態(tài)液態(tài)固態(tài)固態(tài)34Sn-15%Pb合金高溫力學(xué)性能Spencer知識(shí)產(chǎn)權(quán)知識(shí)產(chǎn)權(quán)5液固兩相區(qū)液固兩相區(qū)-流動(dòng)性流動(dòng)性如何？如何？ 固分增加，粘度增加固分增加，粘度增加 固體組分達(dá)固體組分達(dá)50%時(shí)，如果停止攪拌，時(shí)，如果停止攪拌，粘度可達(dá)粘度可達(dá)106Pas 被被剪切剪切時(shí)，其時(shí)，其粘度迅速下降粘度迅速下降，仍能保持流動(dòng)的特性，可象粘仍能保持流動(dòng)的特性，可象粘性液體一樣以極低的粘度進(jìn)行性液體一樣以極低的粘度進(jìn)行成形加工（觸變性流體）成形加工（觸變性流體）20世紀(jì)世紀(jì)70年代初，

2、年代初，MIT-Flemings與與Spencer6像固體一樣可以像固體一樣可以搬運(yùn)搬運(yùn)鑄造鑄造液態(tài)模鍛液態(tài)模鍛鍛造鍛造擠壓擠壓半固態(tài)成形半固態(tài)成形液態(tài)液態(tài)固態(tài)固態(tài)7半固態(tài)半固態(tài)半固態(tài)粘度為什么會(huì)變?。堪牍虘B(tài)粘度為什么會(huì)變??？89枝晶枝晶10如何獲得？如何獲得？11半固態(tài)成形半固態(tài)成形 流變性：流變性：攪拌過程中，固相分?jǐn)?shù)增加使金屬漿料的粘性提攪拌過程中，固相分?jǐn)?shù)增加使金屬漿料的粘性提高，但仍能保持流動(dòng)的特性。高，但仍能保持流動(dòng)的特性。 攪熔性：攪熔性：流變成型的錠坯在加熱到一定程度后，其粘度隨流變成型的錠坯在加熱到一定程度后，其粘度隨著剪切速率的增加而降低的特性著剪切速率的增加而降低的特性。

3、技術(shù)核心：技術(shù)核心：固液混合漿料獲得固液混合漿料獲得非枝晶組織非枝晶組織，固相必須，固相必須球化和細(xì)化，球化和細(xì)化，近球形晶或等軸晶近球形晶或等軸晶非常小的非常小的流動(dòng)阻力流動(dòng)阻力和良好的和良好的成形性能成形性能。12間歇式間歇式連續(xù)式連續(xù)式存在問題：存在問題：生產(chǎn)效率低、固相分?jǐn)?shù)生產(chǎn)效率低、固相分?jǐn)?shù)30%30%60%60%、攪拌棒會(huì)造成熔融金屬的污染。攪拌棒會(huì)造成熔融金屬的污染。半固態(tài)金屬半固態(tài)金屬坯料坯料制備方式制備方式13之一機(jī)械攪拌法之一機(jī)械攪拌法電磁攪拌示意圖電磁攪拌示意圖半固態(tài)金屬半固態(tài)金屬坯料坯料制備方式制備方式之二電磁攪拌法之二電磁攪拌法兩種產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方法：兩種產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

4、的方法：一種是在感應(yīng)圈內(nèi)通交流電的一種是在感應(yīng)圈內(nèi)通交流電的方法方法另一種是旋轉(zhuǎn)永磁體法，通過另一種是旋轉(zhuǎn)永磁體法，通過改變永磁體的排列方式，可使金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(dòng)，從而屬液產(chǎn)生明顯的三維流動(dòng)，從而提高了攪動(dòng)效果。提高了攪動(dòng)效果。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：設(shè)備投資大，工藝較復(fù)雜，設(shè)備投資大，工藝較復(fù)雜，成本高。成本高。14鑄錠經(jīng)過鑄錠經(jīng)過20%20%左右的預(yù)形變，然后加熱至半固態(tài)。左右的預(yù)形變，然后加熱至半固態(tài)。半固態(tài)金屬半固態(tài)金屬坯料坯料制備方式制備方式之三應(yīng)力誘發(fā)熔化激活之三應(yīng)力誘發(fā)熔化激活工藝：工藝：S.I.M.AS.I.M.A法法15特點(diǎn)：特點(diǎn)：l 對(duì)制備較高熔點(diǎn)對(duì)

5、制備較高熔點(diǎn)的非枝晶組織合金的非枝晶組織合金具有其獨(dú)特的優(yōu)越具有其獨(dú)特的優(yōu)越性，如不銹鋼，銅性，如不銹鋼，銅合金。合金。l 增加了一道預(yù)變?cè)黾恿艘坏李A(yù)變形工序，成本提高，形工序，成本提高，錠坯尺寸受限制。錠坯尺寸受限制。16連鑄組織連鑄組織擠壓預(yù)變形后組織擠壓預(yù)變形后組織SIMASIMA半固態(tài)半固態(tài)組織組織SIMASIMA加工過程組織變化加工過程組織變化組織變化：組織變化：枝晶枝晶短枝晶短枝晶枝晶碎塊枝晶碎塊顆粒顆粒均勻化均勻化顆粒長(zhǎng)大顆粒長(zhǎng)大半固態(tài)金屬半固態(tài)金屬坯料坯料制備方式制備方式之四等溫處理之四等溫處理17還有什么其它方法？還有什么其它方法？晶粒細(xì)化晶粒細(xì)化18 噴射成形技術(shù)霧化階段噴

6、射階段沉積階段凝固階段20傾斜式冷卻剪切技術(shù)傾斜式冷卻剪切技術(shù) 212223半固態(tài)成形工藝半固態(tài)成形工藝主要有兩種：主要有兩種：24觸變成形觸變成形流變成形流變成形25Thixocasting26Thixoforging半固態(tài)技術(shù)的其它應(yīng)用2728半固態(tài)典型顯微組織半固態(tài)典型顯微組織2930高溫合金半固態(tài)組織高溫合金半固態(tài)組織a 銅合金銅合金b 不銹鋼不銹鋼c 低合金鋼低合金鋼 31鋁合金鋁合金鋁基復(fù)合材料鋁基復(fù)合材料32重力鑄造重力鑄造ZL101A合金不同成型方式顯微組織對(duì)比33半固態(tài)鑄造半固態(tài)鑄造3435ZL101AZL101A合金力學(xué)性能對(duì)比合金力學(xué)性能對(duì)比合金合金狀態(tài)狀態(tài)抗拉強(qiáng)度（抗拉

7、強(qiáng)度（MPaMPa）屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度(MPa)(MPa)延伸率（延伸率（% %）ZL101AZL101A普通鑄造普通鑄造（T6T6）310310 提高量提高量 27MPa27MPa248248提高量提高量20MPa20MPa3 3提高量提高量 300%300%半固態(tài)壓鑄半固態(tài)壓鑄（T6T6）337337268268121236半固態(tài)力學(xué)性能優(yōu)點(diǎn)半固態(tài)力學(xué)性能優(yōu)點(diǎn)3738性能、生產(chǎn)效率及與經(jīng)濟(jì)性性能、生產(chǎn)效率及與經(jīng)濟(jì)性39液液態(tài)態(tài)成成形形半半固固態(tài)態(tài)成成形形40半固態(tài)對(duì)于鑄造缺陷的影響（卷氣、縮孔）（卷氣、縮孔）414243半固態(tài)對(duì)于零件壁厚的影響半半固固態(tài)態(tài)成成形形半固態(tài)主要特點(diǎn)半固態(tài)主要特點(diǎn)

8、 適應(yīng)范圍廣適應(yīng)范圍廣 凡具有固液兩相區(qū)的合金均可實(shí)現(xiàn)半固態(tài)加工?？蛇m用于鑄造、凡具有固液兩相區(qū)的合金均可實(shí)現(xiàn)半固態(tài)加工?？蛇m用于鑄造、 擠壓、鍛壓、焊接多種加工工藝。擠壓、鍛壓、焊接多種加工工藝。 充型平穩(wěn)。充型平穩(wěn)。 無湍流和噴濺，氣孔減少。無湍流和噴濺，氣孔減少。 凝固收縮小凝固收縮小。減少了縮松、縮孔。減少了縮松、縮孔。 鑄件尺寸精度高鑄件尺寸精度高。 成形尺寸與成品零件幾乎相同，極大減少了機(jī)械加工量。成形尺寸與成品零件幾乎相同，極大減少了機(jī)械加工量。 模具使用壽命長(zhǎng)模具使用壽命長(zhǎng)。加工溫度低。加工溫度低。 生產(chǎn)效率提高生產(chǎn)效率提高。 凝固時(shí)間短。凝固時(shí)間短。 變形抗力小。變形抗力小。

9、難加工材料易于成形難加工材料易于成形 高粘度。高粘度。易于復(fù)合材料的合成易于復(fù)合材料的合成 力學(xué)性能提高。力學(xué)性能提高。44 主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn)成分適應(yīng)性成分適應(yīng)性 半固態(tài)成形技術(shù)對(duì)金屬的合金成分有一定適用范圍。半固態(tài)成形技術(shù)對(duì)金屬的合金成分有一定適用范圍。需具有足夠大的半固態(tài)區(qū)間，純金屬、共晶合金不適合。需具有足夠大的半固態(tài)區(qū)間，純金屬、共晶合金不適合。固相率控制難固相率控制難 固相率隨溫度變化比較緩慢，固相率隨溫度變化比較緩慢，精確監(jiān)控精確監(jiān)控半固態(tài)合金的半固態(tài)合金的固相率，保證成形過程充型能力。固相率，保證成形過程充型能力。45半固態(tài)成形技術(shù)應(yīng)用半固態(tài)成形技術(shù)應(yīng)用 19781978年，美國(guó)

10、年，美國(guó)AlumaxAlumax公司建成了世界上第一條汽車零公司建成了世界上第一條汽車零部件的觸變生產(chǎn)線。部件的觸變生產(chǎn)線。每年可生產(chǎn)2400萬(wàn)個(gè)零部件，零件單重從10g到10kg，直徑最大達(dá)500mm。 1988198819981998年間，生產(chǎn)的年間，生產(chǎn)的鋁合金汽缸鋁合金汽缸，用于，用于VolvoVolvo、BMW BMW 、AudiAudi等汽車。等汽車。 為為FordFord汽車公司生產(chǎn)的汽車公司生產(chǎn)的15001500萬(wàn)件萬(wàn)件鋁合金鋁合金壓縮機(jī)壓縮機(jī)活塞活塞，成，成品率幾乎為品率幾乎為100100。 此外，還應(yīng)用于此外，還應(yīng)用于鋁合金輪轂鋁合金輪轂。46 瑞士的瑞士的BuhlerBu

11、hler公司于公司于19931993年生產(chǎn)出了第一臺(tái)適用于鋁合年生產(chǎn)出了第一臺(tái)適用于鋁合金半固態(tài)壓鑄的金半固態(tài)壓鑄的SCSC壓鑄機(jī)。壓鑄機(jī)。 美國(guó)的美國(guó)的EOPCOEOPCO，HPM Corp., Prince Machine, THT HPM Corp., Prince Machine, THT Presses,Presses,意大利的意大利的IDRA IDRA ，日本的，日本的Toshiba Machine Toshiba Machine CorpCorp和和UBE Machinery ServicesUBE Machinery Services等均已能生產(chǎn)半固態(tài)等均已能生產(chǎn)半固態(tài)鋁合金觸變成形專用設(shè)備。鋁合金觸變成形專用設(shè)備。47半固態(tài)成形技術(shù)應(yīng)用半固態(tài)成形技術(shù)應(yīng)用4849505152 國(guó)內(nèi)預(yù)期應(yīng)用53如何如何提高提高效率，效率，降低降低成本成本54攪拌時(shí)間攪拌時(shí)間15min，溫度溫度607ZL101原始原始組織組織等溫處理，等溫處理，10min，溫度溫度585本科畢業(yè)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（20092009年）年）55設(shè)備、模具設(shè)備、模具自主設(shè)計(jì)自主設(shè)計(jì)565758585保溫不同保溫不同時(shí)間的時(shí)間的顯微顯微組織組織a-5min；b-10min；c-15min5min10min15min59復(fù)合材料坯料觸變前料觸變前后顯微組織對(duì)