材料制備新技術(shù)(許春香)-第四章-半固態(tài)金屬加工技術(shù)課件

第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)學(xué)習(xí)的目的與要求：通過本章的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生理解和掌握半固態(tài)金屬成型技術(shù)的基本原理，半固態(tài)漿料的制備、貯存和運輸；典型的兩大類半固態(tài)金屬成型方法、特點及應(yīng)用范圍；是學(xué)生基本熟悉工廠的生產(chǎn)特點、工藝布置、設(shè)備布置、主機設(shè)備等；全面的認識和了解半固態(tài)加工的工業(yè)化應(yīng)用狀況和發(fā)展前景；為將來走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)4.1半固態(tài)金屬加工技術(shù)概述半固態(tài)金屬成形就是對處于半固-半液狀態(tài)的金屬進行加工成形，是一種介于金屬的液態(tài)成形（如鑄造、鑄軋等）和金屬的固態(tài)成形（如擠壓、軋制等）之間的新的加工成形方法。第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)半固態(tài)金屬的金屬學(xué)和力學(xué)特點：1）溶質(zhì)元素的局部濃度不斷變化；2）宏觀流動變形抗力很低；3）隨著固相含量的降低，呈現(xiàn)黏性流體特征，在微小外力作用下即可容易變形流動；4）當(dāng)固相含量在極限值（約75%）以下時，漿料可以進行攪拌，并很容易的混入異種材料的粉末、纖維等，實現(xiàn)難加工材料的（高溫合金、陶瓷等）的成形；圖4-2半固態(tài)金屬和強化粒子(纖維)的攪拌混合第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)半固態(tài)金屬的金屬學(xué)和力學(xué)特點：5）與一般固態(tài)金屬材料也容易形成很好的結(jié)合；6）當(dāng)施加外力時，液相成分和固相成分存在分別的流動情況，通常，存在液相成分先行流動的傾向和可能性；7）上述現(xiàn)象在固相含量很高或很低或加工速率特別高的情況下都很難發(fā)生，主要是在中間固相分數(shù)范圍或低加工速率情況下顯著。第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)圖4-3球形組織的演化過程示意圖與常規(guī)鑄造方法形成的支晶組織不同，利用流變成形生產(chǎn)的半固態(tài)金屬零件具有獨特的非支晶、近似球形的顯微組織結(jié)構(gòu)。球形結(jié)構(gòu)的最終形成要靠足夠的冷卻速率和足夠高的剪切速率。第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)與普通的加工成形方法比較，半固態(tài)金屬加工具有許多獨特的優(yōu)勢：1）黏度比液態(tài)金屬高，容易控制；2）流動應(yīng)力比固態(tài)金屬低；3）應(yīng)用范圍廣。圖4-4半固態(tài)鑄造裝置示意圖

1—金屬液；2—加熱爐；3—冷卻器；4—流變鑄錠；5—料坯；6—軟度指示儀；7—坯料二次加熱器；8—壓射室；9—壓鑄模；10—壓鑄合金4.1.2半固態(tài)金屬成形方法根據(jù)工藝流程不同：1）流變成形（工藝流程短、生產(chǎn)成本低，可控性差）2）觸變成形（可控性高，提高成形合金的綜合性能）圖4-6轉(zhuǎn)輪式制漿裝置4.2.1半固態(tài)金屬漿料制備1）機械攪拌式半固態(tài)漿料制備裝置

圖4-8帶內(nèi)部轉(zhuǎn)子的電磁流變鑄造示意圖2）電磁攪拌式半固態(tài)漿料制備裝置4.2.1半固態(tài)金屬漿料制備圖4-9半固態(tài)漿料復(fù)合電磁攪拌連續(xù)制備技術(shù)示意圖4.2.1半固態(tài)金屬漿料制備1）機械攪拌式半固態(tài)漿料制備裝置北京有色金屬研究總院圖4-10超聲波振動半固態(tài)漿料制備原理示意圖2）電磁攪拌式半固態(tài)漿料制備裝置4.2.1半固態(tài)金屬漿料制備超聲波振動半固態(tài)漿料制備圖4-11一種二次加熱裝置的原理圖圖4-12半固態(tài)金屬重熔硬度測定裝置4.2.2半固態(tài)金屬坯料的二次加熱(a)柸料二次加熱(b)坯料放入壓制室型腔(c)壓射成型(d)壓鑄件

圖4—13半固態(tài)金屬觸變壓鑄示意圖4.3半固態(tài)金屬的觸變成形4.3.1半固態(tài)金屬的觸變壓鑄成形第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)(a)柸料二次加熱(b)坯料放人鍛模型腔(c)鍛壓成形(d)鍛件

圖4-15半固態(tài)金屬觸變鍛造示意圖第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)圖4-16閉模鍛造示意圖第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)（a）各種通信設(shè)備的外殼(b)翻蓋式手機外殼

(c)相照機外殼，重量為98g(d)電腦顯示器外殼第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)(e)摩托車輪轂，直徑40cm，重量1.8kg(f)汽車方向盤，重量560g第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)(a)澆注(b)電磁攪拌(c)調(diào)整壓射室位置(d)壓射成形

圖4-19壓射室制備半固態(tài)合金漿料和流變成形示意圖第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù) 圖4-20單螺旋流變射鑄工藝原理示意圖

1—金屬液輸入管；2—保溫爐；3—螺桿；4—筒體；5—冷卻管；6—絕熱管；

7—加熱線圈；8—半固態(tài)金屬累積區(qū)；9—絕熱層；10—注射嘴；11—加熱線圈；

12—單向閥第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)A-出漿區(qū)段B-漿料熟化區(qū)段C-攪拌、擠壓、剪切和搓碾制漿區(qū)段D-導(dǎo)向區(qū)段E-加料區(qū)段 圖4-21雙螺旋流變成型工藝原理示意圖

1-出漿閥2-雙螺桿3-筒體4-加熱器5-加料口6-驅(qū)動系統(tǒng)第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)圖4-23低過熱度澆注和短時弱機械攪拌制備半固態(tài)合金漿料示意圖第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)（a)攪拌速度的影響（b)攪拌時間的影響

圖4-24攪拌速度和攪拌時間對半固態(tài)合金漿料初生固相形狀因子的影響第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)圖4-25低過熱度澆注和弱電磁攪拌式流變壓鑄示意圖

1—熔化爐；2—合金液；3—電磁攪拌器；4—半固態(tài)合金漿料；5—坩堝；6—加熱；7—壓鑄機壓射；8—壓鑄；9—壓鑄型腔；10—壓鑄機第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù) 圖4-26半固態(tài)SnPbl5合金漿料直接軋制工藝原理示意圖

1—主軋輥；2—硅橡膠面；3—流變器；4—半固態(tài)SnPbl5合金漿料；5—銷釘；6、8—張緊輪；7—硅橡膠帶；9—支撐輥；10—杠桿；11—校直點；12—合金薄帶；

13—驅(qū)動輪；14—彈簧秤；15—載荷調(diào)節(jié)螺母第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)（a)雙輪牽引式薄板坯連鑄機（b)帶輪牽引式薄板坯連鑄機

圖4-27半固態(tài)鋁合金薄板坯連鑄工藝原理示意圖第4章半固態(tài)金屬加工技術(shù)

(a)澆注(b)攪拌(c)漿料輸送和軋制 圖4-28半固態(tài)鋼鐵漿料軋制過程示意圖1—澆口；2—電磁攪拌器；3—攪拌室；4—水冷軋輥表4-1半固態(tài)金屬觸變壓鑄機的選擇坯料規(guī)格42/54N型66/84N型105/140N型180/220N型直徑/mm長度/mm重量/kg最大壓射力bar①動態(tài)靜態(tài)動態(tài)靜態(tài)動態(tài)靜態(tài)動態(tài)靜態(tài)63.5120~2001~1.61060260076.2130~2201.4~2.580020001200270088.9140~2302.2~3.68501900101.6150~2503~5.270015809202200114.3170~3004.4~87001650127180~3406~1160013008002000139.7200~3708~1548011507001750152.4220~40010~19701400①1bar=10kpa

表4-2典型的標準壓鑄機與半固態(tài)觸變壓鑄機

性能參數(shù)的比較壓鑄機性能參數(shù)標準型OL-320半固態(tài)壓鑄型OL-320標準型OL-700半固態(tài)壓鑄型OL-700最大動態(tài)射壓力/kN177224277444最大增壓射壓力/kN345395669745沖頭行程/mm400650600835沖頭直徑/mm50~9050~8070~12080~105坯料長度/mm≈160≈220坯料直徑/mm50.8~76.276.2~101.6表4-3幾種鋁合金在不同加工狀態(tài)下性能對比表合金加工狀態(tài)*抗拉強度σb/MPa屈服強度σ0.2/MPa伸長率δ/%硬度/HBA356SSM2201101460AlSi7Mg0.3SSM+T632024012105PM+T6262186580A357SSM220115775AlSi7Mg0.6SSM+T63302