半固态Al—4Cu—Mg合金加工图研究

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高性能铝合金材料及应用技术

（1）高性能铝合金材料及应用技术研究开发出高强度铝合金材料及液态成形技术，成果已应用于生产并实现产业化。

主要进行以下方面的研究和服务：高强度Al-Cu合金、Al-Si合金；金属型模具设计；铸型充填及凝固过程控制；铝合金铸件缺陷攻关；铝合金零件的树脂砂铸造工艺，易溃散覆膜砂的开发应用等。

（2）半固态成形技术研究半固态成形技术被认为是21世纪最具发展潜力的精确成形技术之一。

本方向主要研究开发新型半固态流变成形技术，半固态流变充填机理，半固态成形工艺过程控制，以及新型半固态合金材料等。

下图（图6）为所制备的AZ91D镁合金半固态组织。

图6 AZ91D镁合金半固态组织（3）金属基复合材料的制备与成形技术通过改变增强物与基体金属的润湿性，研究各种不同金属基体的无压渗透制备技术及自生复合材料技术。

研究挤压或低压条件下陶瓷材料增强金属基体的复合材料零件的成形技术。

研究纳米陶瓷颗粒增强金属基体的制备技术，获得超高强度的轻合金基复合材料。

下面几图表示已取得的部分研究成果。

图1、图2表示Al2O3颗粒增强Al-Si合金时，颗粒/固体/液体的接触角大于90o，Al2O3颗粒被生长的固相所排斥。

相反，图3、图4表示通过添加合金元素后，颗粒/固体/液体的接触角变为小于90o，颗粒被生长的固相所捕捉，实现了在固相的均匀分布。

图1图2图3 图4图5所示为制备的SiC/Al-Si复合材料的显微组织。

图5 SiC/Al-Si复合材料的显微组织（4）高性能铝合金、镁合金材料研究作为轻量的结构材料，铝合金、镁合金材料的应用正以很快的速度增长。

研究开发具有高强度、高耐磨、耐热性能的铝合金及镁合金材料，以及铝合金、镁合金零件的成形制备工艺技术。

铝合金研究主要包括高硅铝硅合金及复合变质剂等.下图为已开发的具有高耐磨耐热性及高强度的铝硅合金。

图7 Al-22%Si-Cu-Mn-Mg合金组织（5）成形过程及组织与性能的计算机模拟通过计算机模拟材料成形新工艺过程的经时变化，以及数学及物理模拟，如半固态成形的组织演变，成形新工艺的充型过程，以及不同制备条件下材料的微观组织模拟与性能预测。

半固态镁合金成形技术概述

重庆科技学院课程结业考试（论文）题目半固态镁合金成形技术概论院（系）冶金与材料工程学院专业班级材料工程技术08-02学生姓名刘明强学号2008630578任课教师孙建春职称讲师评定成绩___ _ __ 评语：年月日半固态镁合金成形技术概述姓名：刘明强学号：2008630578摘要：半固态镁合金制备是在20世纪末新起的最新制备镁合金的技术，半固态技术被认为是21世纪最具发展前途的近终成形技术之一［1］。

本文旨在为大家阐述半固态镁合金成形技术的基本概论，包括镁合金的相关阐述（性能、应用、加工技术等）；半固态成形技术的概念，半固态金属浆料的制备，以及半固态加工材料的制备技术等；重点是镁合金与半固态成形技术的结合，包括半固态镁合金浆料的制备，半固态镁合金材料的制备，半固态镁合金材料的热处理，半固态镁合金成形技术的国内国外现状和未来展望，同时阐述半固态镁合金制备的优缺点。

关键词：半固态、镁合金、浆料、半固态成形、流变成形前言：镁及镁合金作为一种新型的应用材料，近年来已广泛应用于军用、民用领域，如在航空航天、航海、通信、医疗、广播电视、音响影像器材、微电子技术、光学仪器等领域内，在汽车、摩托车、工具、家电电器、手机、计算机及电子设备等制品中都可看到镁合金的终极，在炼钢脱硫、铝合金生产、防腐工程中都离不开镁原料。

在汽车行业，上海汽车集团公司、一汽集团、东风汽车集团、江铃汽车公司等国内大的汽车公司均开始使用镁制零部件。

根据相关研究，汽车单车自重没减轻100Kg，每百公里耗油可减少0.7L左右，每节省1L燃料可减少二氧化碳排放量 2.5g。

而通过镁合金零部件的使用可有效的实现汽车轻量化目标。

镁合金应用于交通工具，除减中和降低油耗，还可以提高整车加速、制动性能，还能降低行驶振动和噪声，提高舒适度，可以加快散热，使发动机的综合性能提高一个档次，具有良好的经济效益。

镁合金的半固态成形目前是各国研究的热点：Ya-no Ei ji等利用余热的冷却斜槽近液相线铸造或得了半固态AZ91D镁合金组织；J M Kim等利用两步加热法得到了半固态AZ91镁合金浆料；Czerwinski F开发了半固态加工与挤压、喷射成形结合在一起的心的镁合金加工技术，一Mg-9% Al-1%Zn为例分析力组织性能变化规律；Chen J Y和Fan Z研究了半固态浆料的流变模型；Koren Z等研究了AZ91和AM503镁合金半固态热压铸和冷压铸成形。

Al-4Cu-Mg合金的半固态变形及模型化研究

Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｅｆｅｔｆｒｔｏｎｔｍｐｒｔｒｎｄｓｒｉａｅｏｅｏｒｔｏｈａｉｒ０｛ｓｍｉｓｉ — ｆｃｓｏｆｄｅｏｍａｉｅｅａｕｅａｔａｎｒｔｎｄｆｍａｉｎｂｅｖｏｅｏｌＡ１ｄ４ — ｇａｌｙｗｅｅｉｓｉｔｄ．ＴｈｅｕｔｈｏｔａｆｒａｉｎｔｍｐｅａｕｒｎｓｒｉｒｔｒＣｕＭｌｏｒｎｖｅｔｇａｅｅｒｓｌｓｓｗｈｔｄｅｏｍｔｏｅｒｔｅａｄｔａｎａｅａｅ
分离现象以半固态热模拟压缩实验为基础，立了反映半固态ＡＩＣ — 建一ｕＭｇ合金变形行为的本构关系模型，过验证４通可知该模型具有较好的精度。关键词：半固态；一Ｃ — ＡｌｕＭｇ合金；变形行为；模型化４中图分类号：１６２ＴＧ４．文献标识码：Ａ文章编号：１０－３１２０）５０４－５０１４８（０７０ — ０３０
ｄｆｅｅｅｏｒｔｏｃｎｓｉｆｒｎｔｄｆｍａｉｎｍｅｈａｉｍ．Ａｔｔｇｉｎｆｃｍｐｅｓｏｈｅｂｅｎｎｉｇｏｏｒｓｉｎ，ｔｆｍａｉｎｍｅｈａｉｍｓｌｑｈｅｄｅｏｒｔｏｃｎｓｉｉ — ｕｄｆｏ（ｉｌｗＬＦ）ａｌｗｉｉｎｏｐｏａｉｇｓｉｒｉｌｓ（ｎｄｆｏｏｆｌｑｕｄｉｃｒｒｔｎｏｌｐａｔｃｅＦＬＳ）Ｈｏｖｅｄ．ｗｅｒ，ｗｉｈｔｎｃｅｓｎｇｏｔｈｅｉｒａｉｆｈｅｇｅｃｉｉｈｔｒｄｕｔｏｎ，ｓｉｎｔｅｏｉａｔｃｅ（ｌｄｉｇｂｅｗｅｎｓｌｄｐｒｉｌｓＳＳ）ａｌｓｉｅｏｍａｉｎｏｆｓｌｄｐｒｉｌｓ（ｎｄｐａｔｃｄｆｒｔｏｏｉａｔｃｅＰＤＳ）ａｅｄｏｉｔｎｎｔｅｓｍｉｓｌｄｃｍｐｅｓｏｒｍｎａｉｇｉｈｅ — ｏｉｏｒｓｉｎ．Ｏｎｂａｉｆｔｅｅｅｉｎｔｌｄａａｏｅ — ｏｌ — ＣｕｓｓｏｈｘｐｒｍｅａｔｆｓｍｉｓｉＡ１４ — ｄＭｇａｌｙ，ａｍｏｌｗａｓａｉｈｅＯｄｓｒｂｅｔｅａｉｎｓｐｂｅｗｅｎｔｏｅｓｎｇｐｒｍｅｅｓａｌｏｄｅｓｅｔｂｌｓｄｔｅｃｉｈｅｒｌｔｏｈｉｔｅｈｅｐｒｃｓｉａａｔｒｎｄｆｏｓｒｓｌｗｔｅｓ，ｗｈｃｈｏｏａｃｔｘｒｍｅｔｌｄａａｉｈｓｗｓｇｏｄｍｔｈｗｉｈｅｐｅｉｎａｔ．Ｋｅｒｓ：ｅ — ｏｉｙｗｏｄｓｍｉｓｌｄ；Ａ１４ — ｇａｌ — ＣｕＭｌｏｙ；ｄｆｍａｉｎｂｅａｉ；ｍｏｌｅｏｒｔｏｈｖｏｒｄｅ

高能超声波搅拌法制备半固态al-5﹪cu合金的研究

图１－５金属半固态流变成形和触变成形工艺流程示意图尽管这两种半固态成形技术在工艺上有所不同，但都要求用于成形的半固态金属浆料具有均匀、细小的非枝晶组织。

因此，如何获得良好的半固态金属浆料，是半固态金属成形技术的基础与关键，也是半固态成形研究领域的重点课题。

获得非枝晶半固态浆料组织有两种思路，第一是在外力和外场作用下打破形成的枝晶，如机械搅拌、电磁搅拌、超声波搅拌等；第二是通过控制凝固过程来抑制枝晶的形成，如低过热度浇注法、等温处理法等。

下面主要对几种典型的浆料制备方法做简单介绍。

１．３．１机械搅拌法机械搅拌法是最早制备半固态浆料的方法，分为非连续机械搅拌法和连续机械搅拌法。

该方法利用机械旋转的叶片或搅拌棒改变凝固中金属初生晶粒的生长，获得球状或类球状的初生晶粒的半固态金属流变浆料，这些球状或类球状的初生晶粒均匀悬浮在母液中。

在搅拌过程中可以通过控制搅拌温度、搅拌速度和冷却速度等工艺参数，使初生树枝状晶破碎成为颗粒结构。

因此该方法多用于实验室的研究【２６‘２９１。

机械搅拌装置如图１－６所示。

机械搅拌法制备半固态金属浆料是目前实验室应用最广泛的方法，这是因为机械搅拌装置结构简单、造价低、操作方便、剪切速度易于控制，非常适合实验室研究。

但是这种方法生产效率低，搅拌室和搅拌棒的寿命短且容易污染半固态金属浆料，所以机械搅拌法只适合于实验室研究，无法满足商业生产的需要。

２．３实验结果与分析２．３．１超声波搅拌温度对Ａｌ一５％Ｃｕ合金凝固组织形态的影响图２．５为超声波搅拌处理温度不同时，Ａ１．５％Ｃｕ合金半固态浆料的微观组织，图中浅色区域为初生ａ—Ａ１，深色区域为ＡＩ－Ｃｕ共晶组织。

图２－５（ａ）为Ａ１—５％Ｃｕ合金未经超声波搅拌处理的微观组织，如图所示，初生ａ．Ａ１生长为树枝晶或者蔷薇状，是Ａ１．５％Ｃｕ合金典型的铸态组织。

图２－５（ｂ）～图２－５（０为经过超声波搅拌处理的ＡＩ．５％Ｃｕ合金的微观组织，在图中可以清楚看到铸态合金中常见的发达树枝晶并不存在，ａ．ＡＩ基本以块状或者球状存在，且形态较圆整。

四、半固态金属加工技术

(b) 连续式
图4-5 半固态机械搅拌装置示意图
几种机械搅拌装置示意图 (a)棒式 (b)螺旋式 (c)底浇式 (d)倾转式
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形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。
剪切速率对表观粘度的影响
（3）冷却速度对表观粘度的影响
不同冷却速度下ηa—fs曲线
（4）合金成分对表观粘度的影响
不同合金成分的ηa—fs曲线
3、流变性与组织的关系
半固态金属材料的性质（如表观粘度）必然受到材料内部微观组织状态的影响。
部分凝固合金的内部组织状态由它的固相组织状态决定。
固相的数量、大小、形状和分布等参数决定了表观粘度的高低。
（1）固相分数
固相分数越高，部分凝固合金液相量越少，流动性越差。表观粘度随固相分数增加而上升。（2）搅拌强度对半固态组织的影响
电磁搅拌用磁感应强度描述搅拌强度，电磁搅拌造成“晶粒倍增”。
不同搅拌强度下Al-6.6%Si合金组织
在电磁搅拌作用下，铝液的湍流对流不断将热脉冲带到液固界面，加速枝晶臂的熔化，枝晶臂被分离后，随湍流带到稍微过冷的液体中，形成新的晶体，造成晶粒倍增。搅拌强度越大，晶粒倍增现象越明显，晶粒越细小。
（3）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；（4）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；
图4-2 半固态金属和强化粒子(纤维)的搅拌混合
(5)由于固相粒子间几乎无结合力，在特定部位虽然容易分离，但由

半固态加工及其在铝镁合金中的应用

1.引言我国的铸造业有着悠久的历史,随着铸造技术的发展以及对铸造品品质的更高要求, 传统的铸造方式表现出了在环保和轻量化等方面的不足, 这就要求我们采取更为先进的铸造技术。

为满足新的铸造要求, 半固态铸造应运而生, 并且因为其表现出来的更为高效、更加节能以及更高品质等特性, 得到了广泛的认可和关注。

1.1半固态加工的定义自从20世纪70年代初，美国麻省理工学院MC Flemings 教授及其领导的科研小组发现半固态金属的触变性能以来，现已成功地应用于多种有色金属及黑色金属。

半固态加工指在金属凝固过程中，把金属保持在固－液两相温度区间内，进行剧烈搅拌，将凝固过程中形成的枝晶打碎，然后直接进行流变铸造或先制备半固态铸造，后进行局部重熔和触变成形。

这样得到的产品具有一次相为球形颗粒的组织。

1980年，DOW 化学公司首创了镁合金半固态成形工艺，激发了该技术的研究热潮。

其基本原理是利用非枝晶半固态金属（Semi-Solid Metals，SSM）独有的流变性和搅熔性控制铸件的质量，典型的枝晶组织和非枝晶组织，如图1 [1]所示。

图1 典型的枝晶组织与非枝晶组织1.2 半固态加工工艺半固态加工工艺分两种：流变铸造和触变成形。

流变铸造（Rheocasting）是麻省理工学院的研究人员于1972年提出的一种制备方法，它是将液态金属一边搅拌一边冷却至固液两相共存区，而后将此半固态黏奖浆直接传送至冷室压铸机铸造成工件，亦称搅动铸造（Stir Casting），如图2所示。

由于半固态金属浆液的保存和输送不方便，该成形方法实际投入应用的较少。

触变铸造（Thixocasting），它是将经搅拌等工艺获得的具有非枝晶组织的半固态坯料冷却凝固后，制成所需要的尺寸，重新加热到半固态温度，然后进行压铸或挤压成形，如图2[1]所示。

由于半固态金属坯料的加热、输送很方便，并且成形过程容易控制，便于实现自动化，因此触变铸造是当今半固态铸造的主要工艺方式。

第四章半固态金属加工技术PPT课件

图4-19 压射室制备半固态合金浆料和流变成形示意图
21.11.2020
材料成型及控制工程教研组
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第4章半固态金属加工技术
图4-20单螺旋流变射铸工艺原理示意图 1—金属液输入管；2—保温炉；3—螺杆；4—筒体；5—冷却管；6—绝热管；
7—加热线圈；8—半固态金属累积区；9—绝热层；10—注射嘴；11—加热线圈； 12—单向阀
图4-23 低过热度浇注和短时弱机械搅拌制备
半固态合金浆料示意图
21.11.2020
材料成型及控制工程教研组
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第4章半固态金属加工技术
（a) 搅拌速度的影响
（b) 搅拌时间的影响
图4-24 搅拌速度和搅拌时间对半固态合金浆料初生固相形状因子的影响
21.11.2020
材料成型及控制工程教研组
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11—射嘴
21.11.2020
材料成型及控制工程教研组
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第4章半固态金属加工技术
（a）各种通信设备的外壳
(b) 翻盖式手机外壳
(c) 相照机外壳，重量为98g
(d) 电脑显示器外壳
21.11.2020
材料成型及控制工程教研组
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第4章半固态金属加工技术
(e) 摩托车轮毂，直径40cm，重量1.8kg (f) 汽车方向盘，重量560g
10—压铸合金
21.11.2020
材料成型及控制工程教研组
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第4章半固态金属加工技术
(a) 间歇式
(b) 连续式
图4-5 半固态机械搅拌装置示意图
21.11.2020
材料成型及控制工程教研组
4
第4章半固态金属加工技术
图4-6 转轮式制浆装置

半固态镁合金

半固态镁合金1. 引言镁合金是一种具有广泛应用前景的轻质金属材料，具有优秀的力学性能和较低的密度，在航空、汽车、电子等领域有着广泛的应用。

然而，传统的镁合金存在一些缺点，如低塑性、易腐蚀等问题，限制了其进一步应用和推广。

为了解决这些问题，半固态镁合金的研究应运而生。

2. 半固态镁合金的概念半固态镁合金是指镁合金在半固态状态下进行处理和加工的一种材料。

半固态处理是通过控制合金的温度和组织状态，使其具有一部分的固态相和流动的液态相，在这种状态下进行加工和成型，最终得到具备良好性能的镁合金材料。

3. 半固态镁合金的制备方法3.1 液态半固态化法液态半固态化法是将镁合金在固液共存温度范围内保持为半固态状态，通过快速冷却固液共存状态下的镁合金，从而制备半固态镁合金。

该方法具有工艺简单、成本低等优点。

3.2 固态半固态化法固态半固态化法是将镁合金在高温下短时间保持为固态，使其发生部分固液共存状态，然后通过加热和变形等方式进行半固态处理。

该方法适用于更多种类的镁合金。

3.3 混合半固态化法混合半固态化法是将固态半固态化和液态半固态化两种方法相结合，通过不同的工艺参数来制备半固态镁合金。

该方法可以根据具体合金的特性和要求进行灵活调整，获得更好的半固态镁合金材料。

4. 半固态镁合金的优势4.1 提高塑性和加工性能半固态镁合金具有更高的塑性和较低的流动应力，可以通过挤压、锻造等加工方式进行成型，得到复杂形状的组件。

4.2 提高强度和韧性半固态镁合金通过控制固相颗粒的细化和分布，使其具备更高的强度和韧性，并且可以通过热处理进一步提高性能。

4.3 减少变形和缩孔缺陷半固态处理过程中，由于材料具有一部分的固态相存在，可以减少成型过程中的变形和缩孔缺陷，提高组件的质量。

4.4 提高耐腐蚀性能半固态镁合金通过固溶处理和热处理，可以获得更均匀的微观组织，从而提高材料的耐腐蚀性能。

5. 半固态镁合金的应用前景5.1 航空航天领域半固态镁合金具有优秀的比强度和耐腐蚀性能，可以用于制造飞机和航天器的结构件和零部件，降低整体重量，提高飞行性能。

铸造高强韧 Al-Cu-Mg合金性能分析

铸造高强韧Al-Cu-Mg合金性能分析摘要：本文作者结合工作经验，从Al-Cu合金的优缺点分析，研究一种有较高抗拉强度，但伸长率比挤压铸造Al-Cu-Mg 合金更高的挤压铸造铝合金，重点分析在不同压力下的合金组织和性能。

关键词：合金；Al-Cu合金；铸造；0、前言Al-Cu合金具有结晶温度范围宽,流动性能较差，热裂倾向大等缺点，普通铸造方式很难生产形状复杂的零件，因而限制了其应用范围。

挤压铸造结合铸造和锻造的特点为一体，使液态或半固态金属在高压作用下充型、凝固、成形，可获得晶粒细小、组织致密度高、材料性能高的毛坯或零件，能有效克服铸造Al-Cu 合金的上述缺点。

一种挤压铸造Al-Cu-Mg-Mn合金，在挤压铸造条件下，合金具有优良的强韧性。

在此基础上，进一步优化成分，开发了一种抗拉强度更优异的挤压铸造Al-Cu-Mg 合金。

该合金在75 MPa压力下，抗拉强度达到510 MPa、伸长率为7.9%。

1、实验材料与方法合金的主要成分w(%)为：5.0 Cu，0.4 Mn，此外还含有单个元素成分不超过0.15、总量不超过0.80的Zr、V、RE、Ti和B，余量为铝。

实验用原材料为：纯度99.8%铝锭、Al-50%Cu、Al-10%Mn、Al-10%Zr、Al-4%V、Al-5Ti-1B、Al-10RE等中间合金。

合金在石墨坩埚电阻炉中熔炼，铝锰合金、铝锆合金、铝钒合金与纯铝同时室温装炉；720 ℃下加铝铜合金；740 ℃下加铝钛硼合金后搅拌3 min。

用固体精炼剂在730~740 ℃下精炼除气，静置8 min，除渣，加少量覆盖剂，加铝稀土合金，静置5min，搅拌均匀，730 ℃浇注。

挤压铸造实验在100 t四柱液压机上进行，采用直接挤压铸造，模具材料为调质H13钢，用石墨机油润滑，实验前预热至250 ℃，挤压比分别为0、25、50、75、100 MPa，挤压速度为0.03~0.06 m/s，保压30 s左右，铸件直径80 mm，厚30 mm。

铸造技术路线图：半固态铸造

实现更精确的近终成形；另一方面，由于成形温度低，
余家学校和科研院所进行了半固态金属铸造技术的研究［４］。与传统铸造技术相比，现有的半固态铸造技术成本仍然相对较高，由于需要首先进行制浆，因此效率较低，同时生产过程中需要控制的参数较多，质量稳定性还有待提高。目前，半固态铸造技术主要存在以下技术难点：① 半固态流变铸造用合金种类较少，且
第二节
一
关键技术
、
半固态铸造合金材料开发技术
半固态铸造技术主要分为流变铸造和触变铸造两大类。触变铸造质量控制相对稳定，是早期半固态铸造技术主要研究方向，但半固态触变铸造技术效率低、能耗大、设备投资大，生产成本高，有逐渐减少趋势；与触变铸造相比，半固态流变铸造最显著的优势在于半固态浆料在线制备，工艺流程短，低能耗，料头和废品等可以及时就地回收，是目前研究的热点。制浆技术是半固态铸造技术最重要内容之一。美国、意大利、法国、Ｅｔ本、德国等国家已经开发出２０多种半固态制浆及流变铸造技术。如美国麻省理工学院（Ｍｒｒ）的Ｆｌｅｍｉｎｇｓ等人自主发明的ＳＳＲＴ（ＭＳｅｍｉ．ＳｏｌｉｄＲｈｅｏｃａｓｔｐｒｏｃｅｓｓ）流变铸造专利技术田。我国的半固态铸造技术起步较晚，开始于２０世纪
１．现状
目前，成功用于半固态成形的合金主要是几种传统的铸造铝合金（Ａ３５６，Ａ３５７）及铸造镁合金（ＡＺ９１Ｄ），少量的锻造铝合金、锌合金、黑色金属还

《半固态加工》课件

智能化与自动化
随着智能化和自动化技术的不断发展，未来半固态加工将更加智能化和自动化，提高生产效率和降低成本。
扩大应用范围
随着应用的不断深入，半固态加工技术的应用范围将不断扩大，从中小型零件向大型零件和复杂结构件拓展。
绿色制造与可持续发展
随着环保意识的不断提高，未来半固态加工将更加注重绿色制造和可持续发展，减少对环境的影响。
CHAPTER 05
半固态加工实例
汽车零件的半固态加工
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
汽车发动机零件
如活塞、连杆等，通过半固态加工技术可以获得高强度、低孔隙率、高耐磨性的零件。
汽车底盘和悬挂系统零件
如转向节、控制臂等，通过半固态加工技术可以获得复杂的几何形状，提高零件的精度和性能。
汽车车身覆盖件
如引擎盖、车门等，通过半固态加工技术可以获得高表面质量、低翘曲变形和薄壁的零件。
半固态加工过程中，温度和应变速率对金属的凝固行为和组织演变具有重要影响，需要精确控制。
加工过程中的热力学和动力学
加工设备的研发
半固态加工过程中涉及到的热力学和动力学问题，如相变、固液界面行为等，需要深入研究。
半固态加工技术的实现需要相应的加工设备，设备的性能和稳定性对加工质量和效率具有重要影响，需要加强研发。
进行加工成所需形状的技术。
触变成形技术具有加工精度高、材料利用率高等优点，广泛应用
于精密铸造、锻造等领域。
触变成形技术需要解决的关键问题包括半固态金属的触变机制、
触变过程中的传热和传质等。
半固态加工中的关键技术问题
半固态金属的制备
温度和应变速率的控制
制备高质量的半固态金属是实现半固态加工的前提条件，需要解决的关键问题包括原料选择、熔炼工艺、冷却速度等。

半固态成型Al-Si-Fe合金的组织及性能

维普资讯
３４Βιβλιοθήκη 材料工程／２００７年２期
半固态成型Ａ — ｉｅ合金的ｌ — ＳＦ组织及性能
Ｍｉｒｔｕｔｅａｏｅｔｅｍｉｓｌｄｃ０ｓｒｃｕｒｎｄＰｒｐｒｉｓｏｆＳｅ — ｏｉＦｏｍｅ１ＳｉＦｅＡｌｏｒｄＡ－－ｌｙ
ＬＩＳｅｇ，ｈｎＹＵａ— ｅｇ（ｏｌｇｆＭａｅｉｌｃｅｃｎＨｉｐｎ１ＣｌｅｏｔｒａｓＳｉｎｅａｄｅ
Ｅｎｇｎｅｉｉｅｒｎｇ，ＳｈｎｙｎｉｒｉｙｏｆＴｅｈｌｙ，ｅａ０３，ｉｅａｇＵｎｖｅｓｔｃｎｏｏｇＳｈｎｙｎｇ１０２Ｃｈｎａ；１
２ＳｅｇａｇＩｓｉｕｅｏｅｏａｔａｇｎｅｉｇ，Ｓｅｙｎ０４，ｉａｈｎｙｎｎｔｔｔｆＡｒｎｕｉｌｃＥｎｉｅｒｎｈｎａｇ１３Ｃｈｎ）１０
摘要：用半固态成型技术制备了ＡＩ７ｉＦＭｎ４ｕ１（量分数／）金，析了合金的微观组织，测了合金采一Ｓ５￣３一Ｃ一Ｍｇ质１一合分检的力学性能，究了合金的高温磨损行为。结果表明：过半固态成型后，金第二相发生了明显细化，角钝化，分研经合尖且
布更均匀；温极限抗拉强度达到了２９６ａ伸长率达到了２０；５ ℃ 干磨和润滑条件下的磨损失重分别是３０常３．ＭＰ，．１０９

半固态加工的高铜Al—Cu合金性能研究

关键词：固态加工；（半高：量的铝合金；ｕ含力学性能中图分类号：Ｇ４Ｔ１文献标识码：Ａ
Ｔｈ：ｓａｃｎｈｇｃｐｅ－ｌｙｅｒｅｒｈｏｉｈ－ｏｐｒＡＩＣｕＡｌｅｏｐｏｒｙｏｅｉＳｌｄＰｒｃｓｉｇｒｐｅｔｆＳｍｏｉｏｅｓｎ０￣－Ｏｇｒ１ｍ
ｉｃｅｓｄＨａｄｓｄｗｅｅｉｔｃｒｐｒｙａｅａｐｐａｅｉｈｎｉｅｒｎｐｌｃｔｏ．ｎｒａｅ．ｒｎｅｓａａｒｓｓａｅｐｏｅｒｐｒｒｔｎｔｅｅｇｎｅｇａｐｉａｉｎｎｒｎｔｏｉｉＫｅｒｙｗｏｄｓ：Ｓｍｉｓｌｄｒｃｓｉｇ；ＡｌｍｉｍｔｌｏｔｈｇｅＣｕｏｃｎａｉｎｓＭｅｈｎｃｅ－ｏｉｐｏｅｓｎｕｎｕｍｅｆｗｉａｈｉｈｒｃｎｅｔｔｏ；ｒｃａｉｓ
ｐｒｐｒｙｏｅｔ
０引言
半固态金属铸造工艺被认为是２世纪最具发展前途的近净成型和新材料制备技术之一。以美国、１，日本为首的先进国家对铝、、、等合金进行了研究，重点主要放在成型工艺的开发上。目前，镁铅铜其进人工业应用的半固态合金主要是铝、镁合金，主要用于汽车领域。如半固态模锻铝合金制动总泵体、挂架、气缸
头、轮毂、缩机活塞等。在发达国家，压铝合金半固态加工技术（变成形）触已进入规模生产，于汽车、用电

半固态

半固态触变注射成形技术在Mg合金铸造中的应用前言：近年来，随着对环保等方面要求的提高，镁合金以其质量轻、比强度高、比刚度高、减震性好、耐电磁屏蔽和易回收等特点而从众多金属材料中脱颖而出，广泛应用于航空、航天、电子和汽车等行业。

特别是目前正在用于笔记本电脑和手机壳体的制造，有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势，成为目前研究及应用的热点。

常用的镁合金成形方法主要有压铸、半固态铸造、挤压铸造等，其中压铸法是国内外广泛采用的镁合金成形方法。

但同压铸镁合金产品相比，半固态成形产品的铸造缺陷少，产品的力学性能及表面和内在质量高，此外还有节约能源、安全性好和近净成形性好等优点，因此镁合金的半固态成形受到了广泛的关注。

而镁合金半固态触变注射成形技术是目前半固态铸造技术的最新发展方向半固态浆料的内部特征是固液两相共存,在晶粒边界存在液态金属"半固态浆料主要有以下特点(1) 表观粘度半固态浆料组织特性的客观反映就是表观粘度"研究表明,半固态浆料的表观粘度与固相率密切,随着固相率的增加而增加"当浆料的固相率超过临界值时,粘度值迅速增加"(2)流变性半固态浆料的固相率为50%时,仍具有很好的流动性"这是因为金属液中的固相具有球状或类球状结构,导致半固态浆料的粘度降低"半固态浆料的流变性可分为稳态流变性和非稳态流变性"稳态流变性是指恒温恒剪切速率条件下的流变性,非稳态流变性是指连续冷却或者剪切速率变化条件下的流变性" (3) 触变性半固态金属的触变性是指表观粘度对剪切时间的依赖关系,反映了半固态浆料的依时行为"半固态浆料的表观粘度在一定的剪切速率下,随着时间的延长而逐步下降,具有可逆性"(4) 球状未熔固相颗粒半固态浆料中存在着一定分数的未熔球状或类球状固相颗粒,因此在凝固过程导致收缩减小,偏析减少"可以说正是因为球状未熔固相颗粒的存在,才使半固态浆料具有一系列的独特优点"流变成形是将金属液在从液相向固相的冷却过程中进行强烈搅拌，在一定的固相体积分数下通过压铸或是挤压的方式来成形（一步法）；触变成形则是将由搅动设备所制备的半固态铸锭重新加热至半固态进行压铸挤压成形（二步法）。

半固态成形技术课件

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图9 枝晶臂发生熔断示意图
17
③枝晶臂弯曲机制。此机制认为，位错的产生并积累导致塑性变形。在两相区，位错
间发生攀移并结合成晶界，当相邻晶粒的倾角超过20°时，界面能超过固液界面能的两倍，液相将侵入晶界并迅速渗入，从而使枝晶臂从主干分离。
注：以上三种机制都有一定的依据，但附加位错如何发生恢复和再结晶或如何迁移、固液浆料的温度起伏还缺乏必要的试验依据，因此，金属半固态组织的演变机制还有很多基本理论及技术问题需要解决。
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。
？生产。缺磁拌搅点法：直径大于150mm的铸坯不宜采用电
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
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电磁搅拌示意图21
电磁搅拌
1.中间包底口 2.结晶器引流口 3.水室隔墙 4.冷却水室 5.结晶器陶瓷内衬
第九章
半固态成形
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1
半固态成形
半固态成形概述
半固态金属的组织特性、形成机理与力学行为
半固态金属的制备方法
半固态金属触变成形
半固态金属流变成形
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2
1、概述
金属材料在液态、固态和半固态三个阶段均呈现出明显不同的物理特性，利用这些特性，产生了凝固加工、塑性加工和半固态加工等多种金属热加工成形方法。图1表示金属在高温下三态成形加工方法的相互关系。
由浮动的枝晶臂的速度梯度方向产生的力来折断。因此，必须加强力搅拌，在剪切力作用下从根部折断。
②枝晶臂根部熔断机制。
晶体在表面积减小的正常长大过
程中，枝晶臂由于受到流体的快速

新型半固态铝合金设计与优化选择研究

ＷＡＮＧｉｏｇ ’ ，ＸＵＪｎ。ＺＨＨａ－ｎ ’ ｄｕＡＮＧｉｅｇ。ＹＡＮＧ — ｈｎ。ＴＩｈｎｆｎＺｈ－ｎｆＢｉｅｇ，ＡＮＺａ－ｅｇ。ｃＳＨＩｉａＨＡＮｉｇｔｏ — ｉ。ＬｋＪｎ－ａ ’
本身的研究上，采用的材料多为传统铸造铝合金。由于传统铸造铝合金的局限性，限制了半固态加工技术
在汽车零部件制造业的推广和应用。针对这一情况，研发出能充分发挥半固态加工技术特点，又具有市场
应用前景的半固态专用铝合金具有现实意义【４３１＿。本文以Ａ．ｉ系为研究对象，利用热力学计算１ — ＳＭｇ设计了新型半固态铝合金的主成分（量分数，下同）质
《ＳｓＰ）．ＺｄｔｎａｄＳｄｉｎｗｒｐｉｚｄｂｘｅｉｎａｔｏｓｅｕｓｓｏｔａｒＡｄｉｎｒｄｔｅｅｏｔｅｙｅｐｒｉｏａｉｏｍｉｍｅｔＩｈｄ。Ｒｓｌｈｗｔｍｅｔｈ
ｔｅｎｗｌｙＡＩ６２ｉｃｕｉｇ０１－．４％Ｚｎ．２００、ｔＳｒｈｓｇｏｅｆｒｎｈｅａｌＳｉＭｇｎｌｄｎ．００１ｗｔｏｒａｄ００－．４＾％，ａｏｄｐｒｍａｃｏｅ
性太高，温度的微小波动就会引起固相分数较大的变化，将使加工过程难以控制，并导致最终产品质量不稳定。为此，在合金设计时设计固相分数随温度的变化率ｄｓＴ００５（）Ｍｇｉｌｉ系主要强化ｆｄ￣．１；３／＜ａ是Ａ－．ＳｓＭｇ相在合金设计时应有尽量多的析出量，使合金具有良好的热处理强化能力，以获得高性能半固态零部件。

原位自生Al—4Cu—0.8Mg／TiGp复合材料半固态挤压的组织与力学性能

ａ，）（ｉｐ为５）ｄｃＴＣ）ｏ％
ａ，）ｃ纵向截面的挤压组织ｄ）ｅ，）向截面的挤压组织）ｂ，），）ｆ横ｂ，）（ｉｐ为１％）ｅｔＴＣ）ｏ０ｃ，）（ｉｐ为２％）ｆｔＴＣ）０ｏ图１Ａ－ｕ０８／＇ｐ复合材料的半固态挤压组织ＩＣ－．Ｍｇｌ４ｉＣ
２实验结果与分析
１ｏ６
２．Ａ－Ｃ．．ＭｇＴＣ１１ｕ０８／ｉｐ复合材料挤压后的组织４
图１是Ａ－Ｃ一．Ｍ／ｉｐ复合材料挤压板坯１ｕ０８ｇＴＣ４
１０４
料纵向截面和横向截面的ＳＭ组织，纵向截面Ｅ在
０前言
粒与界面的反应和随之带来的污染等优点，倍受而
材料科学工作者的重视。
金属基复合材料具有高比强度、比模量、高耐
热、磨、疲劳性能好等优良特性，耐耐已成为空间技术、航、车工业中极具吸引力的材料之一【。宇汽卜
维普资讯
第２＾３卷第４期
２００２年８月
国外金属热处理
ＧＵ０ＷＡＩⅡＮ｝ＲＥＳⅣ ＣＨＵＵ
Ｖ０．３．１２ＮＯ．４Ａｕ，Ｏ２ｇ２０
原位自生Ａ —Ｃ一．ＭｇＴＣ１ｕ０８／ｉｐ复合材料半固态挤压的组织与力学性能４

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第４期
余小鲁，：固态Ａ－Ｃ－等半１ｕＭｇ合金加工图研究４
参数刁述了加工件对在给定温度和应变速率范围内起作用的不同微观机制的本质反应．随应变速率和描
温度的变化形成了呈现不同区域的功率耗散图，些区域和特定的微观组织有直接关系．材料加工来这对说。动态再结晶、态回复和超塑性等是安全的热变形机制，空洞、纹等缺陷的形成则是有害的变形机动而裂制，加工过程中必须避免．了优化材料的可加工性和控制微观组织，动态再结晶区域对材料进行加在为在
热变形最佳工艺参数，固态加工最佳工艺参数为加热温度５０℃ ，变速率００１ｓ。半６应．０＿．关键词：ＩＣ — 合金；固态；工图；艺参数Ａ－ｕＭｇ４半加工
文献标识码：Ａ
中图分类号：Ｇ１６２Ｔ４．
分为两部分］：
Ｐ＝＝ｌ
＋１＝Ｇ＋Ｊ，ｄ
（）１
式中：为流动应力；为应变速率；为塑性变形引起的能量耗散；ＧＪ为微观组织演变引起的能量耗散．
在给定应变速率和温度的条件下，Ｇ与的变化率构成了应变速率敏感性指数的定义：
近年来，利用加工图分析和预测材料在热加工过程中的不稳定性以及运用加工图作为设计成形材料
热加工工艺的依据越来越普遍［］其原因是加工图是金属加工工艺设计和优化的一种强有力工具，１，在获
得微观组织和性能控制方面非常有效．工图不仅可描述确定性区域中某种特定微观组织的变形机制，加而且还能描绘加工过程中应该避免的不稳定流变区域，并且还可获得优化的加工温度和应变速率．固态金半
一
・
）
基金项目：安徽工程科技学院青年科研基金资助项目（０７ｑＯｚ）安徽省高校自然科学基金资助项目（ｊ０９１４２０ｙＯ８ｄ；ｋ２０ｂ３）
作者简介：小鲁（９８）男，江江山人．师．士．余１７・，浙讲博
－，＝．（）３
对于理想线性耗散单元， — ｌＪ— Ｊ一／，ｍ且２非线性耗散单元和理想线性耗散单元进行标准化后产
生一个无量纲参数一能量耗散率１定义为：７，
可一
收稿日期：０９０ — ４２０ — １０
摘要：据动态材料模型。立了半固态Ａ－Ｃ — 根建１ｕＭｇ合金加工图．用加工图确定了试验材料热变形的流变４利失稳区，果表明半固态成形时的流变失稳区范围与应变速率有关．结此外，获得了等温压缩试验参数范围内的
Ｄｅ．，００ｃ２９
文章编号：６２２７（０９０ — ０６０１７ — ４７２０）４０４ —３
半固态ＡＩＣ — 一ｕＭｇ合金加工图研究４
余小鲁李付国，
（＿徽工程科技学院机械工程系，１安安徽芜湖２１０；．北工业大学材料学院，西西安７０７）４００２西陕１０２
第０年１４２２鲞第月０９２一４期
ｏｎｌｕａ徽７Ｕｎｖｒｉ学ｎ院ｎｃｅｃｉ。 … Ｊｒ安ｏｆＡｎｈｕ程ｅ科ｙｏｆＴｅｈｇｙａｄ报ｉｎｅ－ｉｓｔ技ｅ学Ｓ
Ｖｏ．４Ｎｏ４１２．．
属加工是在金属或合金的固相线和液相线温度区间进行的加工，由于半固态合金组织的特殊性质（具有非
枝晶结构）使其力学行为及形变机制与固态合金相比有所不同．文根据半固态ＡｌＣ — ，本一ｕＭｇ合金的变形４
行为，基于动态材料模型，建立了半固态Ａ１Ｃ－－ｕＭｇ合金的加工图，４探讨其变形机制，优化其热加工工为
艺提供理论依据．
１加工图原理
以动态材料模型（Ｍ）ＤＤ为基础的加工图是加工变量空间（变速率、度）应温中的功率耗散图与失稳图的叠加图，清楚地表达了材料微观组织的变形机制对所施加工艺参数的反应，因此用加工图的方法可以模
拟材料的本构变形行为．其基本原理为在动态材料模型中，假定承受热变形的加工件是一个非线性能量耗
散单元，发生在加工件中的能量变化由两部分组成：一是塑性变形，中大部分转化为热量，其少部分存储于工件中；二是微观组织演变，如相变、回复、结晶等．工件在热加工过程中单位体积内吸收的功率Ｐ可以再
ｍ一ｄ一Ｊ
ｍ一
一
＝
ａ１ｇ）（ｏａ［（。）ｌｌ（）．１ｏＴ
（）２
由上式可知，力应变速率敏感度ｍ决定了总能量耗散在这两部分之间的分配．应
在一定的变形