半固态成形.ppt

姓名: 武宏发学号: 2014110342
半固态成形
半固态成形
(1)半固态成形原理及特点
(2)半固态浆料的制备方法
(3)新流变铸造成形工艺
(4)其他半固态成形工艺
(5)总结
半固态成形原理及特点 半固态金属(合金)的内部特征是固液相混合共存,在晶粒边界存在金属液体,根据固相分数不同,其状态不同,图1为半固态金属内部结构示意图。半固态铸造成形的原理是在金属液的凝固过程中进行强烈搅拌,使普通铸造易于成行的树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态,从而制得半固态浆料,然后直接将浆料铸成胚料或利用常规的成形技术如压铸､挤压等实现零件的成形。
图1 半固态金属的内部结构(a)高固相分数(b)低固相分数
半固态金属的金属学和力学主要有以下几个特点:
由于固液共存,在两者界面不断发生熔化、凝固,产生活跃的扩散现象,因此,溶质元素的举办浓度不断变化;
由于晶粒间或固相粒子间夹有液相成分,固相粒子间几乎没有结合力,因此,其宏观流动变形抗力很低;
随着固相分数的降低,呈现黏性流体特性,在微小外力作用下即可很容易变形流动;
当固相分数在极限值(约75%)以下时,浆料可以进行搅拌,并可很容易混入异种材料的粉末、纤维等;
由于固相粒子间几何无结合力,在特定部位虽然容易分离;但由于液相成分的存在,又很容易地将分离的部位连接形成一体化,特别是液相成分很活跃,不仅半固态金属间的结合,而且于一般固态金属材料也容易形成很好的结合,如图2所示;
⑥含有陶瓷颗粒、纤维等难加工性材料也可通过半熔融状态在低加工力下进行成形加工;
⑦当施加外力时,液相成分和固相成分存在分别流动的情况,如图3所示,一般来说,存在液相成分先行流动的倾向。
⑧液相先行流动的现象在固相分数很高、很低或加工速度特别高的情况下很难发生,主要是在中间固相分数范围或低加工速度下比较显著。
图2 半固态金属的(a)分离;(b)结合图3 半固态金属变形时液相成分和固相成分的流动
图9-14为半固态压铸成形的工艺过程示意图。根据工艺流程的不同,半固态铸造成形分为流变铸造成形和触变铸造成形两大类。 图9-14(a)表示将获得的半固态浆料直接进行铸造的流变铸造。 图9-14(b)表示先制备具有半固态组织的坯料,再将坯料加热到液固相区间之后进行成形的触变铸造。
半固态铸造成形工艺具有以下优点:
成形温度低
节省能源与原材料
铸件质量提高
成形合金范围广
改善了劳动条件
半固态浆料的制备方法
制备半固态浆料的方法很多,除机械搅拌方法外,还有电磁搅拌法,电磁脉冲加载法,超生振动搅拌法,倾斜板法,外力作用下合金液沿弯曲通道的强迫流动法,应变诱发溶化激活法,喷射沉积法,控制合金浇注温度法等。
(1)机械搅拌法
该方法利用机械旋转的叶片或搅拌棒改变凝固中金属初晶的生长与演化,以获得球状或类球状的初生固相的半固态金属流变浆料。
优点:搅拌装置结构简单、造价低、操作方便。
缺点:生产的半固态浆料的产量小,只适用于实验室的小规模试验研究工作。
影响因素:搅拌室的温度,搅拌叶片或棒的转速。
(2)电磁搅拌法
电磁搅拌法是利用感应线圈产生的平行于或者垂直于铸型方向的强磁场对处于液-固相线之间的金属液形成强烈的搅拌作用,产生剧烈的流动,
使金属凝固析出的枝晶充分破碎并球化,进行半固态浆料或坯料的制备。
优点:不污染金属液,金属浆料纯净,不卷入气体,
可以连续生产流变浆料或连续铸锭坯,产量
可以很大。
缺点:直径大于150mm的铸坯不宜采用电磁搅拌法
生产。
影响因素:搅拌功率,搅拌时间,冷却速度,
金属液温度,浇注速度
(3)应变诱导熔化激活法
利用传统连铸方法预先连续铸造出晶粒细小的金属锭坯。将该金属锭坯在回复再结晶的温度范围内进行大变形量的热态挤压变形,通过变形破碎铸态组织。再对热态挤压变形过的坯料加以少量的冷变形,在坯料的组织中储存部分变形能力。按需要将经过变形的金属锭坯切成一定大小,迅速将其加热到固液两相区并适当保温,即可获得具有触变性的球状半固态坯料。