液相线半连续铸造制备7075铝合金半固态浆料与机理-研究

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1、。!：!!!：兰1璺!：堡壅一——一—————————L!堕、-1绪论今天．人类社会步入了二十一世纪，科技口新月异，，j＼类在享有高度发达的物质文明和精神文明的同时却也面临着一系列重大问题⋯人fJ众多、环境污染、能源和资源相对短缺等。因此，对金属材料成形工艺水}屯如何提{苗其科技含盈，即保护环境、节能节材、高质高量、简单安全，是广大科研工作者矢志不渝的目标。半固态加工技术的出现，立即引起了世界引西的高度重视，并相继开展了系统的研究工作。1．1金属半固态加工的概念及特点20世纪70年代初，美国麻省理工学

2、院D．B．spencer“<1等用自制的高温粘度计测量合金高温粘度时，发现金属在凝固过程中，基体存在一种奇特的球状结构，即使在很高固相体积分数，半固态金属剪切应力仍然相当低。对此，他们进行了广泛深入的研究，并发展成为一种新型技术一半固态金属加[技术(Smmi．SolidMelalForming)，简称SSMI。。半固态加工技术l“就是金属在凝固过程中，进行剧烈搅拌，或在固液两相区控制温度，得到⋯种液态金属母液中均匀地悬浮着一定固相成分的固液混合浆料(固相组分甚至可高达60％)，然后进行加工成形的技术。

3、半固态金属浆料具有流变特性，即半固态金属浆料具有很好的流动性，易于通过普通加工方法制成产品，这种既非完全液态，又非完全固态的金属浆料加工成形的方法是半固态金属加工技术最基本的特点。二十多年来，金属半固态加工技术的研究在美国、欧洲、日本等积极进行着，九十年代实现了工业产业化。与传统的加工方法比，半固态加工具有以下特点”“l：(1)应用范围广泛。凡具有固液两相区的合金均可实现半固态加工，如铝合金、镁合金、锌合金、镍合金、铜合金及钢铁合金；可适用于多种加工工艺，如铸造、挤压、锻压和焊接等。(2)高的粘度。与

4、100％；液相高压模铸相比，可以采用更高的充型速度而保持良好的层状流动，充型平稳，无湍流和喷溅，少夹渣。生产更轻的零件而不影响产品的优良性能。东北大学顺?E论文绪论(3)加工温度低。凝固收缩小，铸件尺-r精度高．成j髟件尺寸与戎品零件厂L乎相同，可以做到少或无切削加工，从而节约了资；泵．L4)低的热容。半固态金属凝固热焓需排量与100：o液租金属凝固相比大约f氐两倍，大大降低了凝固时间，有利于提高生产率。㈣对，减轻了对成形装置，尤其是模具的热冲击，使其寿命大幅度提两。(5)性能高。半固态成形件组织在整

5、个零件中均匀、细小，不受局部厚度的影响，表面光滑，内部组织致密，内部气孔、偏析等缺陷少，产品机械性能优良，可接近或达到变形材料的力学性能，具有高强度，商延伸率，优良的焊接性和优良的热处理性能。(6)与固态金属模锻相比，半固态的流动应力显著降低，因此半固态模锻成形速度更高，而且可以成形十分复杂的零件。加工设备小型化。(7)节约能源。以生产单位质量零件为例，半商态加工与普通铝合金铸造相比，节能35％左右。(8)应用半固态加工工艺可改善制备复合材料中非金属材料的漂浮，偏析以及金属基体不湿润的技术难题，这为复

6、合材料的制各和成形提供了有利条件。1．2半固态成形工艺通常的半固态成形工艺路线主要有两种‘引0l：流变成形和触变成形。工艺流程如图1．1所示。图1．1半固态成形的工艺过程(1)流变成形(R_heoforming)流变成形又称流变铸造：(Rheocasting)，是将经搅拌等特殊工艺获得的半固2绪论冬装科商接进行半固态成形(图1—1a)。豳于半嗣态会餍浆料的保存和输送很小：百便，因而这种成形方法投入实际使用的较少，但流变成形工艺流程短、设备简单、节省能源，仍然是未来金属半固态成形的⋯个重要发展方向。Rs

7、hibata等人}氯接在压铸机室中用电磁搅拌方法制备半固态合金浆料，然后将其挤入摸jI·波形。用此法制得的铝合金铸件的力学性能较挤压铸件高，与半固态触变成彤睦能相当。(二)触变成形(Thixoforming)触变成形又称触变铸造(Thixocasting)，是将经搅拌等特殊工艺获得的半固态坯制冷却凝固后，按所需尺寸下料，再重新加热至半固态温度，然后放入模具颦控中进行成形(图1-2b)。半固态金属坯利的加热、输送很方便，成形过程容易控制，便于实现自动化生产。此外，还育一种半固态成形方法一射铸成形Ⅲ”1，

8、它不需事先将原材料搅拌成为半圆态浆液，而是采用特殊的射铸成形设备，通过加热源和特殊的螺旋推进系统将具有枝晶组织的合金锭在传输过程中加热剪切，使其具有触变性后射入摸具型腔成形。到目前为止，射铸成形工艺只用于镁合金的半固态生产。1．3半固态金属浆料的制备无论是流变铸造，还是触变成形，半固态加工均要求其原始组织为细小、等轴的非枝晶球形组织，因此，半固态金属浆料的制备是半固态30n33的基础和关键。获得该种组织，目前已有很多方法，如机械搅拌法Ⅲ。】、电磁搅拌法心