《材料工程基础：2-2 半固态成型》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料工程基础：2-2 半固态成型（27页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、22 半固态成型半固态成型（Semi-solid processing）2.2.1 概述概述 2.2.2 半固态下合金流动性能半固态下合金流动性能2.2.3 半固态成形方法半固态成形方法 1.1.半固态合金的制备方法半固态合金的制备方法 2.2.半固态合金凝固过程的组织演化与合金组织半固态合金凝固过程的组织演化与合金组织 3.3.半固态合金的流变性能表达半固态合金的流变性能表达1.1.流变成形流变成形（Rheocasting or Rheoforming）2.2.触变成形触变成形 （Thixocasting）3.3.铸锻成形铸锻成形 4.4.复合铸造复合铸造1半固态成形半固态成形（1）半固态合
2、金半固态合金 熔体冷却到液相线以下，对合金进行搅拌，在搅拌力的熔体冷却到液相线以下，对合金进行搅拌，在搅拌力的作用下，凝固的树枝晶被破坏，并在熔体的摩擦熔融下，晶作用下，凝固的树枝晶被破坏，并在熔体的摩擦熔融下，晶粒和破碎的枝晶小块粒和破碎的枝晶小块形成卵球状颗粒分布形成卵球状颗粒分布在整个液态金属中，在整个液态金属中，具有一定的流动性，又在剪切力较小或为零时，它具有固体具有一定的流动性，又在剪切力较小或为零时，它具有固体性质，可以搬运、贮藏。性质，可以搬运、贮藏。冷却到双相区冷却到双相区搅拌搅拌掺有固态的悬液。掺有固态的悬液。2.2.1 概述概述(2)(2)半固态加工半固态加工 利用半固态合
3、金独特的性质实现浇注或压铸成形的方法，利用半固态合金独特的性质实现浇注或压铸成形的方法，介于液态成形和固态成形之间。介于液态成形和固态成形之间。2特点特点 1)1)应用范围广应用范围广2)2)铸件质量高，力性好铸件质量高，力性好 ，尺寸精度高，尺寸精度高 3)3)减小对成型装置的热冲击，节约能源减小对成型装置的热冲击，节约能源 4)4)便于实现自动化便于实现自动化5)5)生产成本低生产成本低3.3.半固态合金成形的发展半固态合金成形的发展1.1.2020世纪世纪7070年代初，美国科学家发现年代初，美国科学家发现部分凝固部分凝固的合金的合金(partially solidified alloy
4、)(partially solidified alloy)仍具有流动性，并发明了仍具有流动性，并发明了流变铸造法（流变铸造法（RheocastingRheocasting）。之后美国和其它国家进行）。之后美国和其它国家进行了深入研究，并逐渐应用于生产。目前，该方法已有许多了深入研究，并逐渐应用于生产。目前，该方法已有许多新的发展，国外已大量用于工业生产，国内仍处于研究和新的发展，国外已大量用于工业生产，国内仍处于研究和试验阶段。试验阶段。2.2.近几年开发了许多半固态合金制备方法，如等温处理法、近几年开发了许多半固态合金制备方法，如等温处理法、超声波处理法、超声波处理法、SCRSCR（shea
5、ring cooling rollingshearing cooling rolling）法、）法、粉末冶金法和控制浇注温度法等。粉末冶金法和控制浇注温度法等。3.3.成形工艺有较大发展，触变成形工艺已很成熟，在工业中成形工艺有较大发展，触变成形工艺已很成熟，在工业中应用广泛。而流变成形工艺发展较慢。目前只有射铸成形应用广泛。而流变成形工艺发展较慢。目前只有射铸成形(injection molding or thixmoldinginjection molding or thixmolding)技术应用于镁合金技术应用于镁合金零件生产。但与触变成形相比，流变成形有诸多优点，因零件生产。但与触变
6、成形相比，流变成形有诸多优点，因而是未来成形技术的发展方向。而是未来成形技术的发展方向。4.4.计算机技术在工艺中得到广泛应用，包括成形过程的数值计算机技术在工艺中得到广泛应用，包括成形过程的数值模拟及软件。模拟及软件。5.5.半固态合金的流变性能研究，流变性能与组织的关系及性半固态合金的流变性能研究，流变性能与组织的关系及性能的影响。能的影响。2 22 22 2 半固态下合金流动性能半固态下合金流动性能 1 1半固态合金的制备方法半固态合金的制备方法 1)1)机械搅拌法：搅拌棒法、旋机械搅拌法：搅拌棒法、旋转简法转简法2)2)电磁搅拌法：感应线圈法、电磁搅拌法：感应线圈法、旋转永磁体法旋转永
7、磁体法3)3)紊流效应法。特制多流装置紊流效应法。特制多流装置产生紊流效应打碎枝晶产生紊流效应打碎枝晶4)4)应变激活工艺：常规铸锭预应变激活工艺：常规铸锭预变形（变形（20%20%），然后加热到半），然后加热到半固态并适当保温得之。固态并适当保温得之。2 2半固态合金搅拌过程的组织演化与合金凝固组织半固态合金搅拌过程的组织演化与合金凝固组织 普通铸造组织中初晶呈发达的树枝晶。普通铸造组织中初晶呈发达的树枝晶。半固态合金其初晶组织呈球状，近球状或半树枝状。半固态合金其初晶组织呈球状，近球状或半树枝状。3 3半固态合金的流变性能表达半固态合金的流变性能表达 （1）合金在熔融态和凝固过程中的流变性
8、合金在熔融态和凝固过程中的流变性 熔融合金在一般过热时是牛顿流体熔融合金在一般过热时是牛顿流体 =-剪切应力剪切应力 Pa -剪切速率（剪切速率（s-1）-动力黏度系数（动力黏度系数（Pas）在结晶温度范围内合金变形具有弹性、粘弹性和塑性等特征，在结晶温度范围内合金变形具有弹性、粘弹性和塑性等特征，流变模型为流变模型为M=H （S N）（H N）M-M-合金的流变模型符号合金的流变模型符号H-H-弹性（弹性（HookeHooke）体）体N-N-粘性（粘性（NewtonNewton）体）体S-S-塑性（塑性（St.VenantSt.Venant）体）体“”“”-”“”-并联和串联符并联和串联符号
9、号（2）半固态合金的流变性能）半固态合金的流变性能流动性能可以用图流动性能可以用图4-174-17表达表达 （3）半固态合金的变形特性）半固态合金的变形特性 用应力一应变曲线可以说明变形特性，如图表用应力一应变曲线可以说明变形特性，如图表4 41818所示。所示。合金半固态变形过程是一个从塑性变形到超塑性变形的过程合金半固态变形过程是一个从塑性变形到超塑性变形的过程223 半固态成形方法半固态成形方法 流变成形、触变成形、铸锻成形以及复合铸造。流变成形、触变成形、铸锻成形以及复合铸造。1.1.流变成形（流变成形（Rheocasting or Rheoforming）利用半固态金属制备器利用半固
10、态金属制备器批量批量制备、或连续制备制备、或连续制备糊状浆料，并糊状浆料，并直接加工成形（直接加工成形（铸造、挤压、轧铸造、挤压、轧制、模锻等制、模锻等）的方法。）的方法。3 3流变铸造过程流变铸造过程 指将用浆料连续制备器生产指将用浆料连续制备器生产的半固态浆料铸成一定形状的铸的半固态浆料铸成一定形状的铸锭，可以搬运、切块、储藏，锭，可以搬运、切块、储藏，（或等轴细晶的预铸锭），使用（或等轴细晶的预铸锭），使用时重新加热到半固态温度范围，时重新加热到半固态温度范围，装入成型机进行成形装入成型机进行成形（铸造、挤（铸造、挤压、轧制、模锻）压、轧制、模锻）的成形方法。的成形方法。见图见图4 42
11、0202.2.触变成形触变成形 （Thixocasting）3.铸锻成形铸锻成形 液态金属浇入金属模中，液态金属浇入金属模中，在高压下凝固并产生半固态塑性在高压下凝固并产生半固态塑性流变的成形方法流变的成形方法。是金属凝固（铸造）和塑性成形（锻压）两。是金属凝固（铸造）和塑性成形（锻压）两个过程的复合。个过程的复合。液液态态轧轧制制连连续续铸铸挤挤液液态态挤挤压压挤挤压压铸铸造造液液态态模模锻锻工艺简单，成本低，成形产品的性能好，质量可靠，应用广泛。工艺简单，成本低，成形产品的性能好，质量可靠，应用广泛。主要方法：主要方法：(1)(1)液态模锻液态模锻 介于压力铸造与模锻之间的工艺。见图介于压
12、力铸造与模锻之间的工艺。见图4 42121（2 2）液态挤压液态挤压 具有液态模锻和热挤压变形特点的方法。具有液态模锻和热挤压变形特点的方法。在高压下在高压下发生流动、结晶凝固发生流动、结晶凝固挤压至成形模口挤压至成形模口大大塑性变形塑性变形成形成制品。如图成形成制品。如图4 42222所示。所示。工艺演示工艺演示（3 3）连续铸挤）连续铸挤 将已凝固和待凝固的金属一起挤压变形，实现半固态加工。将已凝固和待凝固的金属一起挤压变形，实现半固态加工。（4 4）液态轧制）液态轧制 将液态金属直接浇入两轧辊组成的辊缝之间，随轧辊旋转将液态金属直接浇入两轧辊组成的辊缝之间，随轧辊旋转带入变形区，实现半固
13、态轧制。如图带入变形区，实现半固态轧制。如图4 42424所示。所示。工艺演示工艺演示4.复合铸造复合铸造 指对处于液固两相区的金属进行强烈搅拌，同时加入陶指对处于液固两相区的金属进行强烈搅拌，同时加入陶瓷颗粒或短纤维等增强相，形成复合材料半固态浆料，再进瓷颗粒或短纤维等增强相，形成复合材料半固态浆料，再进行流变成形，触变成形和铸锻成形的工艺。半固态合金的触行流变成形，触变成形和铸锻成形的工艺。半固态合金的触变性能使增强相分散存在。变性能使增强相分散存在。1.1.什么是半固态合金？简述其主要制备方法和后续成形方法。什么是半固态合金？简述其主要制备方法和后续成形方法。2.2.什么是流变成形？什么是触变成形？比较其异同点。什么是流变成形？什么是触变成形？比较其异同点。3.3.何为铸锻成形？主要有哪些方法。何为铸锻成形？主要有哪些方法。作业题
材料工程基础：2-2 半固态成型
