单管强冷制备半固态成形浆料与坯料的工艺分析

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1、第1章绪论几大方耐"】：(1)由于固相和液相共同存在，因此溶质中各部分的浓度是不一样的，并且会不断地发生变化。在固相和液相两者之间，熔化过程和凝固过程是同时出现并且不断地变化的，微观组织的热扩散也是非常的活跃。(2)F[q予液相成分是夹在晶粒问或固相粒子之间的，晶粒间或固相粒子间结合力与固态金属相比要小很多。因此，半固态金属的变形抗力小，在较小作用力下就能变形，很容易实现加工；半固态金属在固相率低于15％时，有勃性流体特性存在，就是在特别小的作用力下也能半固态金属发生机械变形；对于那些含有陶瓷颗粒、纤维等的材料，如果固态时是很难加工的，但在半固

2、态状态下加工则容易得多，并且切削的力量不需要很大。(3)由于固相粒子间几乎无结合力，在某些部位很容易实现分开，但由于半固态金属中还有液相组织，因此分开的地方又很容易连接在～块。由于液相成分是不断地变化的，因此不仅不同半固态金属之问很容易结合在一起，而且半固态金属在与其他固态金属材料结合时也变得相当的简单。只要固相率低到极限值(约70％)以下时，浆料中就能很容易地加入粉末、纤维等异种材料，异种材料通过搅拌很容易与浆料达到混匀。(4)在外力作用力，可能会发生液相成分与固相成分同时流动的情况。在固相率一般或加工速度特别低的情况下，不管外加作用力如何，

3、通常都是存在固相成分比液相成分流动要慢，或固相成分流动的倾向少现象。在固相率很高或很低和加工速度特别大的情况下则固相成分与液相成分流动速度差别不大。半固态金属这些良好的工艺特点使得它与普通的加工方法相比有很多独特的突出优点【1¨12】：第一、与液态的金属成形相比较，半固态金属成形材料的粘度要高得多，在充填铸型的过程中，充型显得比较平稳。因此，半固态金属成形有卷入到金属液中的气体很少和材料不容易发生氧化变形等很多优点，有成形材料的微观组织在整个零件中分布均匀，基本不受材料厚度的影响，表面质量好，内部结构致密，内部缩松类缺陷少等优点。2第1章绪论第

4、二、与普通锻造的相比较，半固态金属成形材料容易发生流动、容易发生机械变形，较小的切削力就能实现加工，因此，即使是要加工很复杂的零件也可以做到快速的加工；对半固态金属成形材料的合理使用可以节约能源、节约材料、显著降低成本；材料在半固态时变形抗力较低，可以用较小的切割力对较大型零件进行加工，因此，加工的机械设备可以做到简单化、轻巧化，这样就可以减少投资，降低损耗。第三、半固态金属材料为固．液混合物，液相和固相共同存在，金属凝固要释放的热量少，收缩的比例小，可实现零件近终型成形加工；成形使需要的金属材料的温度低，可以大大延长模具的使用寿命，零件的成形

5、效率得到加快，加工速度也得到大大提高；半固态金属浆料有很高的粘性，固相率低时，在生产加工过程中可以将一些粉末、纤维等异种材料通过搅拌加入到半固态金属液中，这样就可以生产出复合型的合金材料，为新材料的开发研究提供了一条全新的成形方法。半固态成形有很多的优点，但同样也存在很多明显的缺点【131。①工艺参数控制严格，不利于实现工业生产。固相率变化对半固态成形加工影响很大，因此要严格控制材料的固相率。为了得到合格的组织，冷却温度、冷却速度等工艺参数要控制在很小的波动范围内，这样对实现自动化生产很不利。②对金属的合金成分要求严格，适合于半固态成形生产的合

6、金需要随温度变化，半固态的固相率变化不大的合金。为了更好地控制半固态材料加工与加工过程，我们需要监控半固态合金的固相率，因此，随温度变化，半固态材料的固相率需要变化缓慢才行。③触变成形流程较长。虽然触变成形比传统的固态成形技术先进，流程大大缩短，但是与全液态直接成形相比，其工艺流程则还是长得多。④对设备的要求严格。半固态成形加工中有一个相当关键的中间环节就是二次重熔和加热处理，而加热速度快是材料二次加热过程中最关键的环节，加热速度快才能达到最佳效果，这样就对加工设备的要求严格。此外，在制备高3第1章绪论固相率的半固态成形材料时，需改用机械搅拌外

7、的其他方法。1．1．2半固态成形技术的分类半固态成形技术一般按工艺过程可分的两大类，一类为流变成形，还一类为触变成形【14】。半固态成形技术是在金属液从液态向固态的转变过程中，通过外力搅拌或扰动金属液、加入特殊材料使晶粒组织细化、改变金属液组织中的热平衡状态等办法，从而改变金属液组织的转变凝过程，最终获得有类球状或蔷薇状的合格半固态成形组织。如果用获得的半固态浆料直接来成形加工就是流变成形；获得半固态浆料后，如将其进一步凝固成坯料，再根据需要将坯料切分到一定尺寸，把切分好的坯料重新加热到所需温度再进行成形加工，那就是触变成形，如图1．1所示。-

8、_’_·-·_·_·-·-·-·---·_·-·-·-·-·-·_·_‘’●一l触变成形I图1．1金属半固态成形工艺技术路线图半固态金属成形工艺生产出