半固态成型技术作业

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1、半固态成型技术期末作业b.晶体生长速度快，R大；c.mL大，即陡的液相线斜率；d.原始成分浓度高，60大；e.液相中溶质扩散系数DL低；f.K0<1时，K0小；KO>1时，K0大（2）成分过冷判据的推导如下图：图2.1合金生长过程中平界前沿稳定的溶质富集层图2.2合金中“成分过冷”的形成*>界面相中的博贞分布及犒眞应鋼厚度b）界蓝闻沿就相线旌盛及丈际沮度分布C）乎會相03的一悠分“成分过冷”判别式的推导如下：设液相线的斜率为ML,则液相熔点温度分布梯度可表示为：dCL—m■—dx，2.1式在平界面凝固条件下，界面处液体内实际温度应大于或等于液相熔点温度分布的梯度，即:又因为CbJ

2、Co■二1CL-整理得:式2・3为“成分过冷”判别式的通用式所以（1）设在液相没有对流只有扩散的情况下，将式2.3变为:或者式中ar0=m£c0<1-“皿为结晶温度间隔，即7（CJ・77（C。）。可见结晶温度间隔愈大“成分过冷”愈大，平界愈容易破坏。三元合金凝固形成单相固溶液时，“成分过冷”的判别式基本上和二元的相似。设溶剂组元为A,溶质组元分别为B和C。其液相面是组元B在液相浓度C"和组元C在液相中的浓度C"的函数，即：在固一一液界面处的液相温度梯度为:■0"式2・3式中P——C“是常数时液相面的斜率，尸二込S——C“是常数时液相面的斜率，S二竺=dC"在稳定态时，固一一液界

3、面处由于溶质质量守恒，下式成立，即0“De—分别为组元E、C各自的扩散系数.式中•——分别为组元B和C交互作用的扩散系数。设组元叭C之间不发生交互作用，即Dbc=Dcb^0,则上两式分别变为,(dC“\丿宀o/dClc\dxf/”《z0将该两式及C：B=Coed珂瓦带入式2.3,并在实际温度梯度GL大于■°的情况下得:SC,c(1一“3触变成形与流变成形的优缺点。答：(1)触变成形：获得半固体浆料后，在对其坯料加工时，根据需要将坯料切分，然后把切分的坯料重新加热成半固态坯料进行加工成型的方法叫触变成型。它的优缺点都有：触变成型工艺中，半固态浆料中固相粒子由母材晶体颗粒未融化的

4、部分而组成的，颗粒尺寸与形状主要依赖于母体材料，而且容易维持在高固相状态，适用于凝固区间较大的合金。与流变成型相比，它具有很多流变成形所不具有的优点，触变成型解决了半固态浆料制备与成型设备相衔接的难题，容易实现自动化操作。缺点是：浆料制备成本高、设备投资大、坯料的成分和微观结构的不均匀性、浆料制备过程控制难度大等，成为制约触变成型发展的一大障碍，也是世界各国近年来比较重视的研究重点。(2)流变成型在金属凝固过程屮，通过施加搅拌、或扰动、或改变金属的热状态、或加入晶粒细化剂等手段，改变合金熔体的凝固行为，以达到获得一种液态金属母液中均匀地悬浮着--定球状初生固相的固一一液混合物浆料

5、，并利用该浆料直接加工成型的加工方法。其优缺点有：流变成型过程中，半固态浆料中的固相颗粒的尺寸形状与冷却速度、搅拌方法、搅拌速度等显著相关、而且容易维持在低固相状态，通过搅拌的方法可以用于凝固区I'可小，甚至共品合金或纯金属。它具有工艺流程短、设备简单、洁身能源、适用合金不受限制等特点，是未来半固态合金的主要研究方向。它的缺陷是：半固态金屈浆料的保存和输送很不方便，这是流变成型的推广使用的一大障碍。4简述半固态金属浆料的制备方法及其优缺点半固态金属浆料的制备方法是:对半固态浆料制备的研究以往的研究是集屮在制备方法及微观的形成机理上，目前半固态金属浆料的制备方法有：（1）机械搅拌法

6、，它是最早的半固态浆料制备方法，主要由两个同心带齿的圆筒所组成，内筒不动，外筒旋转。或者是在熔融的金属液屮插入一根搅拌棒进行搅动。其优点是：设备简单，容易实现。缺点是：操作复杂且存在许多缺陷，如卷入气体，易氧化，搅拌器的溶解造成浆料的污染，搅拌不均，生产效率低，所以般不用在工业生产中。（2）电磁搅拌法，它是利用电磁感应在半固态金属溶液中产生电磁感应电流，在外加磁场的作用下进行固液浆料的搅动，实现三维搅动的方法。其优点是：搅拌效果较好，对熔体的污染比较小，气体卷入量也少，不易氧化，设备简单,而且生产效率高。缺点是：设备投资大，工艺复杂等。（3）应变诱发熔体激活法，该方法主要通过将铸

7、造枝晶组织在高温下进行挤压变形，破碎枝晶组织，再加足够的变形剂后加热到两相区，在组织屮预先存储变形能量。英优点是：浆料不易污染，而且产量大，生产效率高，对熔点较高的合金有着特殊的优越性。缺点是：工艺比较复杂，因为增加了预变形处理,导致生产成本高，生产效率低，而且工业中仅适用于小尺寸半固态坯料的制备。（4）等温热处理法，它主要是在半固态温度区间等温处理一段时间使原晶界处得共晶组织熔入初生晶，破坏晶界，原来的等轴晶变为球形颗粒，随看等温世间的推移，共晶组织熔化，使组织分离为球状颗粒。