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《鋁合金半固態(tài)鍛造工藝研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、.....輕金屬半固態(tài)模鍛工藝研究1、前言20世紀(jì)70年代初，美國麻省理工學(xué)院研究人員發(fā)現(xiàn)，金屬材料在凝固過程中施加強(qiáng)烈的攪拌，可以打破傳統(tǒng)的枝晶凝固模式，形成近球狀的組織，從而得到一種液態(tài)金屬母液中均勻懸浮著一定球狀或類球狀初生固相的固—液混合漿料，即半固態(tài)漿料，這種漿料具有良好的流變性和觸變性，采用這種既非液態(tài)又非完全固態(tài)的金屬漿料跟常規(guī)加工方法如壓鑄、擠壓、模鍛等結(jié)合實現(xiàn)成形加工的方法稱為半固態(tài)金屬加工(Semi-SolidMetalProcessing，簡稱SSM)。從理論上講，凡具有兩相區(qū)的合金及其復(fù)合材料均可以實現(xiàn)半固態(tài)成形加工。該方法之所以能夠發(fā)展成為一種先進(jìn)的成形加工技
2、術(shù)，完全基于半固態(tài)金屬材料所具有的特殊流變學(xué)性能，即觸變性：當(dāng)半固態(tài)金屬坯料所受的剪切力不大時，坯料具有很高的粘度近似固態(tài)，可以方便地放置和搬運(yùn)；而當(dāng)受到較大剪切變形時，坯料便表現(xiàn)出較小的粘度可以像液態(tài)一樣隨意流動成形。但是采用具有枝晶狀初生相組織的固—液混合體成形加工時，由于枝晶狀組織的相互搭結(jié)、纏繞，變形阻力大，流動性很差，固液相極易分離，產(chǎn)生嚴(yán)重的熱裂與宏觀偏析。因此，半固態(tài)金屬成形具有多方面的優(yōu)點：相對于普通液態(tài)成形（如壓力鑄造或擠壓鑄造），由于半固態(tài)漿料中已有一半左右的固相存在而且溫度低于液態(tài)金屬近100℃，因此可以消除常規(guī)鑄件固有的皮下氣孔和疏松等缺陷，而且模具壽命成倍提高
3、；相對于常規(guī)固態(tài)成形（如模鍛或擠壓），由于半固態(tài)漿料具有很好的流動性，因此變形抗力極低，可以一次加工成形復(fù)雜的零件，減少了成形道次、模具投入及后續(xù)機(jī)加工量，而力學(xué)性能則與固態(tài)鍛造相當(dāng)。正是半固態(tài)金屬鍛造技術(shù)具有高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能和近終成形等突出.專業(yè)word可編輯......優(yōu)點，可以滿足現(xiàn)代汽車制造業(yè)對有色合金鑄件高致密度、高強(qiáng)度、高可靠性、高生產(chǎn)率和低成本等要求，因此倍受汽車制造廠商以及零部件配套生產(chǎn)廠商的重視。半固態(tài)金屬鍛造與半固態(tài)金屬觸變壓鑄實質(zhì)上并無明顯差別，其主要不同之處在于前者是用半固態(tài)金屬在鍛造設(shè)備上加工成形。鍛造半固態(tài)金屬可以在較低的壓力下進(jìn)行，這使得一些傳統(tǒng)鍛造無法成
4、形的形狀復(fù)雜構(gòu)件可以在半固態(tài)金屬鍛造方法來生產(chǎn)，其鍛造設(shè)備可分為立式和臥式壓力機(jī)兩種。半固態(tài)鍛造是將加熱到半固態(tài)的坯料，在鍛模中進(jìn)行以壓縮變形為主的模鍛以獲得所需形狀、性能制品的加工方法。半固態(tài)鍛造可以成形變形力較大的高固相率的半固態(tài)材料，并達(dá)到一般鍛造難以達(dá)到的復(fù)雜形狀。而且，可以用于制造用普通鍛造難以成形的許多超合金，有可能用半固態(tài)鍛造技術(shù)制造出特殊材料的耐熱零件。鍛造速度每秒幾百mm到一千多mm，模壓從幾Mpa到十多Mpa，甚至更高。半固態(tài)鍛造零件的總量可從20g～13.6kg，鍛造速率可達(dá)120～360件/分，并能實現(xiàn)自動化。目前，已經(jīng)利用半固態(tài)鍛造技術(shù)進(jìn)行了聯(lián)軸節(jié)、齒輪等機(jī)械
5、零件制造的研究。2、坯料制備工藝熔爐熱頂水箱坯料流槽攪拌器結(jié)晶器半固態(tài)坯料制備是半固態(tài)加工技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。采用半固態(tài)鍛造工藝生產(chǎn)零件要求原材料具有特殊的顯微組織，當(dāng)金屬處于半固態(tài)時，這種組織是由懸浮在較低合金液體中的球形固體顆粒組成的，要在加熱時.專業(yè)word可編輯......固體材料中恢復(fù)這種組織，就需要保留一些殘余的顯微偏析，以在固液相之間產(chǎn)生局部熔化。北京有色金屬研究總院采用電磁攪拌技術(shù)制備金屬半固態(tài)坯料，該技術(shù)可以有效解決晶粒細(xì)化和組織均勻等連鑄中的關(guān)鍵技術(shù)，其設(shè)計思想是把金屬過濾和脫氣結(jié)合起來，使金屬液進(jìn)入連續(xù)鑄造機(jī)的水冷結(jié)晶器，且金屬液面遠(yuǎn)低于中間包的靜止液面，在結(jié)晶器
6、中接近凝固點的金屬，通過電磁場的強(qiáng)烈攪拌，產(chǎn)生強(qiáng)大的剪切作用，在同一時間和同一位置，通過結(jié)晶器壁把可控的傳導(dǎo)熱傳到結(jié)晶器水套導(dǎo)致均勻凝固，該技術(shù)具有精確控制剪切作用和放熱等特點，以至于該技術(shù)在制備坯料上被廣泛應(yīng)用。技術(shù)原理如圖1所示。圖１ 半固態(tài)坯料制備原理示意圖3、坯料二次加熱工藝半固態(tài)加熱過程中要求加熱速度應(yīng)快且均勻，以免低熔點共晶相產(chǎn)生偏析、固態(tài)部分沉淀，使表面氧化降到最小，半固態(tài)材料的粘度與固體組分的體積百分?jǐn)?shù)有關(guān)，粘度大填模能力小，從這一點來看，要求出爐溫度高一些，然而，從節(jié)約能源、減小模具的熱沖擊、減少薄壁與厚壁部分過渡帶的紊流，從降低氣穴與凝固收縮率的角度看又要求出爐溫度
7、低。另外，為使坯料在加熱過程中保持原狀和便于搬運(yùn)，也要求出爐溫度盡可能低，但又有一個允許的最低溫度，低于此.專業(yè)word可編輯......溫度就不能保持設(shè)定的固液比。因此，出爐溫度只要比允許的最低溫度略高一些，從而可達(dá)到液相體積百分?jǐn)?shù)保持在非常窄的范圍內(nèi)，并確保均勻地分布于整個坯料體積內(nèi)的目標(biāo)，在這種狀態(tài)下的坯料既軟的象豆腐一樣，又可以用刀切割，同時能保持原形。加熱過程一般分為兩個階段，開始階段為大功率快速加熱，后一階段為小功率均勻化加熱，在前
