1.总结

自年美国麻省理工学院的D.B.Spencer和M.C.Flemings创造了一种搅动锻造(stircast)新工艺，即用回旋双桶机器搅拌法制备出Srr15%pb流变浆料以来，半固态金属(SSM)锻造工艺技能始末了20余年的协商与进展。搅动锻造制备的合金普遍称为非枝晶布局合金或称部份固结锻造合金(PartiallySolidifiedCastingAlloys)。由于采纳该技能的产物具备高原料、高本能和高合金化的特征，因而具备雄壮的性命力。除军事设备上的运用外，开端重要集合用于主动车的关键部件上，比如，用于汽车轮毂，可提升本能、加重分量、低落次品率。以后，逐步在另外畛域得到运用，临盆高本能和近净成型的部件。半固态金属锻造工艺的成型机器也接踵推出。方今已研发临盆出从吨到吨的半固态锻造用压铸机，成形件分量可达7kg以上。目下，在美国和欧洲，该项工艺技能的运用较为普及。半固态金属锻造工艺被觉得是21世纪最具进展前程的近净成型和新材料制备技能之一。

2.办事旨趣

在通常锻造流程中，初晶以枝晶方法长大，当固相率抵达0.2左右时，枝晶就造成接续网络骨架，遗失宏观崎岖性。假使在液态金属从液相到固相冷却流程中施行剧烈搅拌，则使通常锻造成形时易于造成的树枝晶网络骨架被打坏而保存散开的颗粒状布局状态，悬浮于残余液相中。这类颗粒状非枝晶的显微布局，在固相率达0.5-0.6时仍具备必然的流变性，进而可欺诈通例的成形工艺如压铸、挤压，模锻等完结金属的成形。

3.合金制备

制备半固态合金的法子许多，除机器搅拌法外，近几年又开垦了电磁搅拌法，电磁脉冲加载法、超声震荡搅拌法、外力影响下合金液沿盘曲通道强逼崎岖法、应变引发溶化激活法(SIMA)、放射堆积法(Ospray)、管制合金浇注温度法等。个中，电磁搅拌法、管制合金浇注温度法和SIMA法，是最具产业运用潜力的法子。

3.1机器搅拌法机器搅拌是制备半固态合金最先应用的法子。Flemings等人用一套由齐心带齿表里筒构成的搅拌装配(外筒回旋，内筒停止)，胜利地制备了锡-铅合金半固态浆液;H.Lehuy等人用搅拌桨制备了铝-铜合金、锌-铝合金和铝-硅合金半固态浆液。后代又对搅拌器施行了革新，采纳螺旋式搅拌器制备了ZA-22合金半固态浆液。始末革新，改正了浆液的搅拌结果，加强了型内金属液的团体崎岖强度，并使金属液造成向下压力，增进浇注，提升了铸锭的力学本能。

3.2电磁搅拌法电磁搅拌是欺诈回旋电磁场在金属液中造成感受电流，金属液在洛伦磁力的影响下造成行动，进而抵达对金属液搅拌的目标。方今，重要有两种法子造成回旋磁场：一种是在感受线圈内通交变电流的保守法子;另一种是年由法国的C.Vives推出的回旋永磁体法，其长处是电磁感受器由高本能的永磁材料构成，其内部造成的磁场强度高，始末改观永磁体的布列方法，也许使金属液造成显然的三维崎岖，提升了搅拌结果，节减了搅拌时的气体卷入。

3.3应变引发溶化激活法(SIMA)

应变引发溶化激活法(SIMA)是将通例铸锭始末预变形，如施行挤压，滚压等热加工制成半制品棒料，这时的显微布局具备剧烈地延长形变布局，而后加热到固液两相区等温一按时候，被延长的晶粒变成了藐小的颗粒，随后神速冷却得到非枝晶布局铸锭。

SIMA工艺结果重要取决于较低温度的热加工和重熔两个阶段，或许在两者之间再加一个冷加工阶段，工艺就更易管制。SIMA技能合用于百般高、低熔点的合金系列，尤为对制备较高熔点的非枝晶合金具备奇特的优异性。已胜利运用于不锈钢、东西钢和铜合金、铝合金系列，获患了晶粒尺寸20um左右的非枝晶布局合金，正成为一种有比赛力的制备半固态成形原材料的法子。不过，它的最大缺陷是制备的坯料尺寸较小。

3.4近几年开垦的新法子近几年来，东南大学及日本的Aresty协商所发觉，始末管制合金的浇注温度，初生枝晶布局可改变成球粒状布局。该法子的特征是，不须要参与合金元素也无需搅拌。V.Dobatkin等人提议了在液态金属中加细化剂，并施行超声解决后得到半固态铸锭的法子，称之为超声波解决法.

4.成形法子

半固态合金成形法子许多，重要有：4.1流变锻造(Rheoforming，Rheocast)

将金属液从液相到固相冷却流程中施行剧烈搅动，在必然固相分数下，直接将所得到的半固态金属浆液压铸或挤压成形。

如R.Shibata等人曾将用电磁搅拌法子制备的半固态合金浆液直接送入压铸机射室中成形。该法子临盆的铝合金铸件的力学本能较挤压铸件高，与半固态触变铸件的本能相当。题目是，半固态金属浆液的保管和运输难度较大，故现实投入运用的未几。

4.2触变锻造(Thixoforming，Thixocast)

将已制备的非枝晶布局锭坯从新加热到固液两相区抵达恰当粘度后，施行压铸或挤压成形，如图3所示。

美国的EOPCO，HPMCorp.，PrinceMachine，THTPresses，以及瑞士的Buhler公司，意大利的IDRAUSA，ItalpresseofAmerica，加拿大的ProducerUSA，日本的ToshibaMachineCorp和UBEMachineryServices等均已能临盆半固态铝合金触变成形专用设施。该法子对坯料的加热、运输易于完结主动化，故是现今半固态锻造的重要工艺法子。

4.3射铸成形(InjectionMolding)

直接把溶化的金属液而不是解决后半固态浆液冷却至恰当的温度，并辅以必然的工艺前提压射入型腔成形。如美国威斯康辛的触变成形进展重心，曾采纳该法子施行镁合金的半固态锻造。美国康奈尔大学的K.K.Wang传授等人研发出相似的镁合金射铸成型装配，将半固态浆液从料管参与，经恰当冷却后压射入型腔。

4.4低温连铸

所谓低温连铸便是管制金属液的过热度在0℃左右，并在铸型下方施行强逼冷却的锻造法子，如图4所示。重心偏析是连铸中的大题目，且在连轧线材时或者会产生破断。因而，该工艺有很粗心义。

Flemings曾用Sn-15%pb低熔点金属施行带材连铸实验协商，对传热、固结及变形施行了剖析。觉得，带材厚度与轧辊的压力、固相率、流变剪切速率以及连铸速率相关。当挤压下比压大时，则滋长显微偏析。为了保证表面和内部原料及尺寸精度，务必矜重管制固相率、初晶状态尺寸及排放金属量等半固态金属建造的工艺参数。

对高熔点金属如磷青铜Cu-Sn-P合金(Cu-8%Sn-0.1%P)，液相线温度℃，难以热加工，用此半固态合金制薄板有显然结果。方今，已也许制备布局优质的半固态不锈钢铸锭、高速东西钢铸锭。

5.技能上风

半固态压铸工艺的长处可总结工艺上风和产物上风。

5.1工艺上风1)不需加任何晶粒细化剂便可得到细晶粒布局，消除了保守锻造中的柱状晶和强悍树枝晶。

2)成形温度低(如铝合金可低落℃以上)，可裁减动力。

3)模具寿命延长。固较低温度的半固态浆料成形时的剪切应力，比保守的枝晶浆料小三个数目级，故充型安稳、热负荷小，热疲惫强度降落。

4)节减浑浊和不平安要素。因功课时挣脱了高温液态金属处境。

5)变形阻力小，采纳较小的力便可完结均质加工，对难加工材料的成形简单。

6)固结速率放慢，临盆率提升，工艺周期削减。

7)适于采纳揣度机协助打算和建造，提升了临盆的主动化水平。

5.2产物上风1)件原料高。因晶粒细化、布局散布平匀、体紧撙节少、热裂偏向降落，基体上消除了缩松偏向，力学本能大幅度提升。

2)固结紧削减，故成型体尺寸精度高，加工余量小，近净成形。

3)成形合金界限广。非铁合金有铝、镁、锌、锡、铜、镍基合金;铁基合金有不锈钢、低合金钢等。

4)建造金属基复合材料。欺诈半固态金属的高粘度，使密度差大、固溶度小的金属制成合金，也可有用地使不同材料搀和，制成新的复合材料。

（文章起源：网络）

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