半固态成形总结优质PPT.ppt

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,半固态成形的基本工艺路线,半固态金属浆料具有流变与触变性能，因此有两条线路，流变成形和触变成形。

流变成形,半固态浆料直接在压力作用下流变成形。

优缺点：

短流程节能、节材储存运输困难,触变成形,半固态浆料铸造成锭坯，根据产品尺寸需要下料，经过二次加热（也叫重熔加热）后，在半固态温度下压力加工成形，成为触变成形。

输送方便易于实现自动化,半固态成形技术的三个关键环节,半固态金属材料的制备二次加热半固态成形,1.2SSM的优缺点,投资小，能耗小。

由于半固态成形方便简捷，省去了熔化输送、浇注以及附加控制污染的设备，加工设备可小型化，因此高效社能，并且易于实现自动控制。

这不仅减少了设备投资，而且改善了车间劳动条件。

半固态成形时材料的变形抗力低，可以用较小的力成形较大的零件。

试验证明，半固态轧制的轧制力仅是传统热轧的40%。

半固态铸造铝合金比传统铸造铝合金可以节能35%。

2.成形性能好，可实现短流程生产。

半固态材料流动性能与变形性能良好，经过强烈搅拌的固相分数为40%-60%的半固态金属的表观黏度在0.1-10Pa.s之间，与黄油（0.1Pa.s）、甘油（lPa.s）及蜂蜜（10Pa.s）的表观黏度相当，仅比水或者液态金属的黏度高出2-4个数量级，表现出很好的流动性。

与固态成形相比，半固态金属中存在液相组元，塑性变形机理不同于固态塑性成形。

塑性变形主要是由于晶粒之间的旋转和相对滑移引起的，液相起到“润滑”作用，金属流动阻力显著降低，复杂的零件也可用很少的工步成形。

由于半固态合金材料具有特殊的流变性能，易于加工成形，半固态铸造直接可以生产出精度较高的产品。

与传统生产方法相比，半固态成形可实现近终形生产，提高了生产率、节约了原材料。

与常规金属模铸造相比，半固态成形汽车零件生产率与成材率高的特点尤为突出。

美国已利用半固态成形生产出许多电器连接元件。

半固态成形电器连接元件与传统的机械加工相比，也具有生产率与成材率高的特点。

3.产品性能好。

金属半固态成形的特殊成形机理决定了成形产品的良好的内部组织与整体性能。

由于在半固态材料的制备过程中，对合金施加剪切搅拌作用，可以消除多种缺陷。

与传统铸造成形相比，半固态金属浆料中包含有类球形的固相颗粒，减少了凝固收缩，并提高了补缩能力，从而减轻或者消除了缩松倾向。

同时，半固态铸造时有一个平滑的液态充模界面，减轻了气体包裹与气泡的产生，也减轻了成分偏析，提高了材料的致密度、强度以及材料性能的均匀性。

实践证明，半固态铸件内部组织致密，内部气孔、偏析等缺陷少，组织细小，力学性能提高，或者力学性能相当，但塑性大大提高。

A356与A&

357合金半固态压铸件与永久模铸件力学性能比较。

可见，两种铸件的强度性能指标相当，而半固态压铸件的塑性指标远远高于永久模铸件。

4.提高成形工具寿命。

半固态合金的温度比全液态合金温压低，而且由于部分凝固已经释放，部分结品潜热，成形工具的工作温度低，因此，提高了成形工具的使用寿命，降低了生产成本。

对大部分铝合金而言，半同态铸造温度比传统铸造生产时的铸造温度至少低70，铸模的使用寿命可提高25%铝合金半固态铸造温度比传统铸造温度最大可以降低1200，大大减轻了对模具的热冲击，模具使用寿命得到大幅度提高。

5.易于生产复合材料与新型合金。

金属半固态成形工艺可改善复合材料中非金属材料的漂浮、偏析以及与基体金属不浸润的技术难题，为复合材料的制备与成形提供了有利条件。

控制固态合金黏度，可以均一地掺入非金属材料与密度差大的金属材料，生产金属基复合材料与新成分合金。

利用半固态合金的高黏性，在搅拌剪切的过程中加入密度差大的金属或非金属材料，可以生产其他工艺所不能生产的复合材料。

在生产粒子强化、纤维强化的复合材料方面，半固态成形有着独特的优越性。

半固态成形对复合材料的成形起到很大的推动作用。

半固态成形的主要缺点：

（1）金属半固态成形技术对金属的合金成分有一定适用范围，适合于半固态成形的合金需要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固相率，从而实现对半固态材料制备与成形过程的控制。

因此，液固相线区间范围小的金属不适合于进行半固态成形。

例如？

纯金属，共晶合金。

（2）高熔点半固态材料的半固态成形工艺难以控制。

由于高熔点金属对模具的热冲击作用强烈，模具的使用寿命低。

另外，高熔点半固态浆料的制备与输送都比较困难。

如利用机械搅拌制备钢的半固态材料时，搅拌棒容易损耗；

而电磁搅拌制备钢的半固态坯料时，由于钢的密度大、熔点高、搅拌强度相对较小，而且导热性能不如铝合金，因此，制备半固态浆料需要的功率大，要求严格控制，目前对高熔点金属的半固态材料制备与成形技术的研究还不十分成熟。

（3）工艺参数控制严格，不利于实现工业生产。

由于半固态成形对固相率控制严格，这就要求温度及冷却条件等因素控制在较小的波动范围内，这样对于工业生产的实现提出了更高的要求。

同时，利用机械搅拌制备高固相率的半固态材料比较困难。

另外，二次（重熔）加热技术是半固态成形技术中一个重要的技术环节，在二次加热过程中要求加热速度较快才能达到理想的效果，这样就对设备提出了更高的要求。

因此，在工业生产中某个参数稍有波动，或者操作工人的疏忽等，都会对成形工艺有重大影响。

因此，不但技术条件要求严格，而且对操作者的素质提出了更高的要求对操作者的素质一套严格的控制系统，并对工人的素质进行提高，才能较好地实现工业化生产。

20世纪70年代，美国麻省理工学院D.B.Spencer等研究人员在测量Sn-15%Pb合金高温粘度时，发现金属在凝固过程中特殊的力学行为。

金属在凝固过程中强烈搅拌后，即使在较高固相体积分数时，半固态金属仍只有相当低的剪切应力，枝晶被打碎，生成球状微粒结构，具有流变性和触变性，并冠以半固态金属加工技术（Semi-SolidMetalForming），即SSM。

1.3SSM的发展历程,追溯金属半固态成形技术的发展历史，人们对它的认识经历了一个从模糊到清晰的过程。

实际上，早在1956年，日本北海道大学荻原和高桥两位教授就提出了铸模旋转浇注法。

该方法使铸模以1OOr/min的速度转动，而在金属液中插入一根固定棒，通过流体的旋转提供的剪切力使生长在固定棒上的树枝品尖端破碎，从而使晶粒细化，改善组织，减少了Al-Cu合金在凝固过程中枝晶偏析”。

实际上这种获得细小非枝品组织的手段就是半固态成形技术中关键技术核心。

虽然此后人们对合金组织细化时产品性能的影响有越来越高的重视，但是人们仍然局限于传统的金属成形模式，始终没有对金属在半固态条件下的特点与行为进行更多深入的研究。

直到20世纪70年代初，美国麻省理工学院Flemings与Spenrer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（Rheocasting），他们首次明确提出了金属半固态成形的构想。

继而M.Molenaar等人对半固态合金的流变与触变行为进行了系统深入的研究并取得了大量的研究成果，使人们对半固态金属的特点与行为有了越来越深入的认识。

Flemings等人的研究为金属半固态成形技术奠定了理论基础。

在1978年，美国Alunmx公司的分部率先将半固态成形技术转化为生产力，建成了世界上第一条汽车零部件的触变生产线。

20世纪80年代初，Cheng等人进行了用镍基超舍金IN-100的流变铸造法制造涡轮盘的研究。

1985年，Alumax公司将有关半固态成形的专利技术向欧洲转让，生产Volvo、BMW和Audi等小轿车的铝台金零件。

19881998年间，Alumax公司为Bendix轿车公司生产了200万件铝合金汽缸，为Ford汽车公司生产J了1500万件铝台金压缩机活塞，成品率几乎为100%。

近20年来，半周态成形技术得到了快速发展，1990-2004年先后召开了8届国际半固态成形学术会议。

在发达国家半固态成形技术工业化应用已经比较成熟。

日本在20世纪80年代后期就组成了半固志成形公司，SpeedStarWheel公司已应用半固态成形技术牛产铝台金轮毂。

Rheotech公司包括了14个钢铁企业和4个有色金属公司，从1988年到1994年共投资30亿日元进行开发研究半固态成形技术。

日本制钢所已批量生产镁合金半固态触变铸造机，可以铸造壁厚为0.5mm的零件，据报道该公司已为全球制造了100台。

另外，日本宇部公司设计制造的新型流变铸造机既可以进行半固态模锻，又可以进行触变铸造与流变铸造，该机已出售给奥地利，在2000年投产。

我国在20世纪80年代初陆续开展了半固态成形技术的研究，大部分都是利用机械搅拌的方法进行流变铸造与触变铸造的研究。

在90年代，钢铁材料的半固态成形被列为国家基金重大项目，对电磁拌半固态成形技术进行了卓有成效的开发。

由于国内对半固态成形技术的研究起步较晚，与国外的先进水平相比还存在一定的差距。

工业应用成功的报道不多。

目前，我国对电磁搅拌铝合金半固态连铸坯技术研究还不十分成熟。

为了推动铝合金半固态成形技术在我国的应用，除了加强半固态成形技术的理论研究外，重要任务是加快其工业应用进程。

1.4SSM的地位,二、SSM的理论研究,2.1半固态金属的流变学行为通常铸造条件下，合金固相分数为2030%时，其宏观流动性已基本消失。

但对经受搅拌的部分凝固合金，即使固相分数高达5060%，固相呈分散粒状，仍具有一定流动性。

2.1.1表观粘度,半固态金属的流变学性质一般通过测定合金的表观粘度来研究。

普通铸造过程浇铸温度高于液相线，合金以全液态形式浇入铸型，全液态金属属于牛顿液体，粘度是一常数。

不随切变速率变化。

部分凝固合金属于非牛顿流体，属于伪塑性体，粘度不是常数，随切变速率的变化而改变。

用表观粘度的概念表征非牛顿流体。

表观粘度为：

a=/a为表观粘度，Pas；

为切变速度，s-1；

为切应力，Pa,2.1.2影响流变性的因素,部分凝固合金虽然具有流动性，但其表观粘度远远高于全液态合金，这种高粘度固液两相流体的铸造是困难的。

表观粘度构成了凝固合金流变性的主要方面，为使流变铸造顺利完成，对部分凝固合金表观粘度的控制至关重要。

（1）固相体积分数对表观粘度的影响,不同搅拌转速下的afs曲线,

（2）剪切速率对表观粘度的影响,在相同固相体积分数下，表观粘度随剪切