半固态加工技术概要
机械加工中半固态加工技术的应用
机械加工中半固态加工技术的应用随着现代工业的发展，机械加工技术得到了广泛的应用。
其中，半固态加工技术是一种新兴的加工方式。
它不仅可以提高加工效率，还可以改善材料的物理性能。
本文将对机械加工中半固态加工技术的应用进行探讨。
一、半固态加工技术简介半固态加工技术是一种新型加工技术，它将固态和液态加工技术相结合，即在材料的高温、高压状态下进行加工，使材料处于半固态状态。
在这种状态下，材料既具有固体物质的刚性和密度，又具备液态物质的可塑性和流动性，因此可以更轻松地进行加工。
二、半固态加工技术的优点半固态加工技术具有以下优点：1、可大幅降低材料的变形和裂缝率，从而提高生产效率；2、可以有效降低加工时的能耗，从而提高加工效率；3、可以使材料在加工过程中发生固溶、析出等相变，从而改善材料的物理性能。
三、半固态加工技术在机械加工中的应用1、铸造加工半固态铸造是半固态加工技术的一个应用。
它将半固态加工技术应用于铸造加工中，可以获得更高的铸造效率和更好的铸造质量。
半固态铸造技术可以使铸件在凝固时具有较为均匀的晶粒大小和形状，从而提高材料的韧性和强度。
2、挤压加工半固态挤压技术是半固态加工技术的另一个应用。
它将半固态加工技术应用于挤压加工中，可以获得更高的加工效率和更好的制品质量。
半固态挤压可以使材料在挤压过程中保持较高的均匀性和可塑性，从而可以制造出更加精细的制品。
3、车削加工半固态车削是半固态加工技术在机械加工中的另一种应用。
在半固态车削中，材料在高温高压状态下进行车削，可以获得更高的加工效率和更好的加工质量。
半固态车削可以大幅降低材料的变形和裂缝率，从而可以制造出更加精细的制品。
四、结语综上所述，半固态加工技术是近年来兴起的一种新型加工技术。
它将固态和液态加工技术相结合，可以大幅降低材料的变形和裂缝率，提高加工效率和制品质量。
在机械加工过程中，半固态加工技术可以应用于铸造、挤压和车削等领域。
随着半固态加工技术的不断发展，相信它将在未来的机械加工领域中发挥越来越重要的作用。
半固态加工技术的发展及其研究现状
技术瓶颈与挑战
流变行为复杂
半固态加工过程中，材料的流变行为受多种因素影响，如温度、 应变速率等，导致加工过程难以控制。
界面问题
在半固态加工过程中，由于固液两相的存在，界面问题成为一大挑 战，如固液界面稳定性、颗粒分散等。
设备与工艺匹配
半固态加工需要特殊的设备和工艺，如何实现设备和工艺的匹配， 提高加工效率是亟待解决的问题。
未来发展前景与展望
拓展应用领域
随着半固态加工技术的不断成熟， 其应用领域将进一步拓展，如航 空航天、汽车、新能源等领域。
绿ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ可持续发展
半固态加工技术具有节能减排的潜 力，未来将在绿色可持续发展领域 发挥重要作用。
智能化与自动化
随着智能制造技术的发展，半固态 加工将实现智能化与自动化，提高 加工效率和产品质量。
01
02
03
汽车工业
研究半固态加工技术在汽 车零部件制造中的应用， 提高零部件的性能和轻量 化水平。
航空航天工业
探索半固态加工技术在航 空航天领域的应用，满足 高性能、轻质材料的需求。
电子产品
研究半固态加工技术在电 子产品外壳、连接器等制 造中的应用，实现产品的 小型化、轻薄化。
04 半固态加工技术的挑战与 前景
输标02入题
应用领域：航空航天业
01
03
优势特点：半固态加工技术能够控制零件的内部结构 和微观组织，提高零件的疲劳寿命和可靠性，满足航
空航天器的高性能要求。
04
技术应用：半固态加工技术用于制造航空航天器的关 键零部件，如发动机叶片、机翼结构件等。
成功应用的案例三
案例名称
医疗器械制造
应用领域
医疗器械制造业
谢水生教授的半固态成形技术概述讲解
缺陷少，晶粒细小 • 力学性能高，可接近或达到锻件的性能 • SSM铸件凝固收缩小，尺寸精度高，能近净成形 • 节约能源。 • SSM凝固时间缩短，也有利于提高生产率
几种加工方法性能和特点的比较
零件毛坯的加工成本
重力铸造 压力铸造
半固态
很快意识到---这一特征具有潜在的利用价值
半固态加工技术、压力铸造和 液态模锻的比较
目的---共同的 获得高质量、高強度、高精度金属零件毛坯
方法---有差异 压力铸造--- 凝固过程中施加压力 液态模锻--- 提高模锻温度，充形性好 半固态加工----金属在凝固过程中， 进行剧烈搅拌或控制凝固过程。 將凝固过程中形成的枝晶打碎 或完全抑制枝晶的生长 然后直接進行流变铸造或制备半固态坯锭
制备半固态金属浆料的方法
• 械搅拌法 • 电磁搅拌法 • 近液相线铸造法 • 应变诱发熔化激活法 • 溅射沉积法 • 紊流效应法 •等
目前工业中应用最多的是电磁搅拌法
几种制备半固态金属浆料方法
械搅拌法
不同的电磁搅拌方式示意图
（a）垂直式
(b)水平式
SCR法—单辊剪切制备法
几种流变成形的方法 (Rheoforming)
不同加工方法下的材料力学性能
合金及状态
6061 铝合金（T6 态） 流变铸造锭 触变成形（模温 450C） 触变成形（模温 500C） 压力铸造
2024 铝合金 触变成形 压力铸造 锻造
屈服应力（MPa） 抗拉强度（MPa）
207
165
214
152
252
172
252
200
464
347
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
半固态连铸技术概况
半固态连铸技术概况1、半固态连铸的技术特征及经济分析半固态连铸又称连续流变铸造，是根据材料流变学原理生产铸坯的新技术。
其本质特征是进入结晶器的熔体为固相具有非枝晶特征的固液共存混合物。
1.1半固态连铸与普通连铸的比较1.2半固态连铸的几个专业术语文献中经常遇到的有关半固态连铸的术语有：浆料——含有一定比例固相的固液两相混合物。
制浆室——用来制备半固态浆料的装置或容器。
拉速——单位时间内拉出的坯料重量或长度。
它是半固态连铸生产率的度量。
非枝晶化——枝晶组织向非枝晶组织转化的过程。
临界固相分数——在一定的切变条件下，浆料能够流动的最大固相分数。
当固相分数超过该值时，半固态浆料就会像固体一样不能流动。
1.3经济分析采用相对比较法分析半固态连铸的经济性。
表1为半固态连铸与普通连铸的费用比较。
由于半固态连铸的浇注温度较低，其熔炼费用低于普通连铸；但半固态连铸投资大于普通连铸，设备折旧费较高；且须加热和搅拌制浆室中的熔体，浇注费用较高；其操作环节较多，生产率较低，工资及福利费用也较高。
总体来看，半固态连铸的费用高于普通连铸。
2、半固态连铸技术的现状2.1 国内外半固态连铸设备的研究开发现状半固态连铸的技术关键有三个：首先，浆料制备必须使枝晶转变为非枝晶，以保证半固态浆料在高固相分数条件下仍具有足够流动性；其次，半固态连铸须外加切应力作用，因此半固态浆料的流变充型是另一个不可忽视的技术关键；第三，必须避免出现拉漏或拉断现象，以保证半固态连铸生产过程稳定性。
围绕上述技术关键，人们进行了大量研究，开发了多种实用技术。
仅半固态浆料制备技术就不下十余种。
每种技术都有各自的优缺点。
例如：目前最通用的非接触式电磁搅拌法具有不污染合金、便于自动控制等优点，但它难以制备高固相分数的浆料；接触式机械搅拌法具有设备简单、投资少、易上马等优点但存在搅拌棒损耗严重且污染合金熔体、搅拌不均匀、难用于黑色金属等缺点；超声波法也是一种非接触搅拌技术，但它需要配置大功率设备才能达到理想效果；振动法也存在要求功率大、设备复杂等缺点。
半固态加工技术汇编
2018/12/27
18
4 半固态成形技术现状
——以铝代铁
原为铸铁，单重3公斤，现改用半固态铝合金，单重 1.4公斤,减重114%
2018/12/27
19
4 半固态成形技术现状
——以铝代钢
原为精铸碳钢，现为 A356 － T6 铝合金 .完全满足要求 , 且减重50%,成本显著降低
2018/12/27
13
– 限制环节：
2018/12/27
4 半固态成形技术现状与进展
技术现状
浆料制备：系统，成熟 坯料制备：
– 半固态连铸已经工业化
加热技术：
– 感应加热已经工业化
成形技术：
– 半固态压铸和半固态锻造成熟 – 半固态挤压、轧制较少
2018/12/27
14
4 半固态成形技术现状
20
4 半固态成形技术现状
——中国
汽车制动总泵体
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21
4 半固态成形技术现状
——中国
汽车空调器涡轮盘
2018/12/27 22
4 半固态成形技术现状
——中国应用现状
汽车水泵盖
2018/12/27
23
5 半固态成形技术的发展趋势
2018/12/27
24
5 半固态成形技术发展趋势
——工艺流程
触变成形
– 坯料 加热 充型 凝固 脱模 后处理
流变成形
– 合金熔炼 浆料制备 充型 凝固 脱模 后处理
2018/12/27
7
2 半固态加工技术简介
——技术优势
半固态金属铸造工艺
半固态金属铸造工艺引言半固态金属铸造（Semi-Solid Metal Casting, SSMC）是一种新兴的金属加工技术，它结合了传统铸造和塑性加工的优点，在制造高性能金属零件方面展现出巨大的潜力。
本文将介绍半固态金属铸造工艺的基本原理、优势和应用领域。
工艺原理半固态金属铸造工艺是指将金属材料在半固态（呈半固态状态）下进行铸造制作零件的技术。
其基本原理是通过精确控制金属的温度和组织结构，在高温下使金属呈现出部分固态和部分液态的状态，以便于形成高质量的零件。
半固态金属铸造的关键是控制金属的固相含量和液相形态。
固态粒子的存在可以提供一定的支撑力，防止破裂或变形，同时液态相的存在有助于金属的流动和充填。
通常使用精确控制温度和加热时间的方式，使金属逐渐达到半固态状态，在此状态下进行铸造。
工艺步骤半固态金属铸造工艺的一般步骤如下：1.材料准备：选择适合的金属合金，准备所需的原材料。
2.加热处理：将原材料放入特定的熔炼设备中，进行加热处理，使金属逐渐达到半固态状态。
3.浇注：将半固态金属倒入铸模中，通过重力或压力使金属充填整个模型空腔。
4.冷却固化：待金属充填完成后，让金属在模具中冷却和凝固，形成所需零件的形状。
5.取模：将模具打开，取出冷却固化后的零件。
6.精加工：对取模零件进行必要的机加工和表面处理，以获得最终产品。
工艺优势相对于传统的铸造工艺，半固态金属铸造具有以下优势：1.高成形性：半固态金属在流动性上表现出类似于塑料的特性，可实现复杂零件的精确铸造。
2.优良表面质量：由于金属呈半固态状态，能够更好地填充模具空腔，从而获得更高的表面质量和精度。
3.减少缺陷：半固态金属铸造可以有效减少常见的铸造缺陷，例如气孔和收缩缺陷。
4.提高材料性能：半固态处理能够使金属材料的晶粒变细，提高材料的强度和耐热性，同时减少金属的残留应力。
5.快速生产周期：相对于传统的金属加工方法，半固态金属铸造能够大幅缩短生产周期，提高生产效率。
《半固态加工》课件
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。
半固态金属加工技术
改造技术推广
机械搅拌法 在 半 固态 金 属工艺 制 造 中机 械搅 拌 法是 其 中最 早使 用 的一 种方 法 ，常见 的是 在熔 融金 属 中放 入搅 拌棒 以 及通 过 两个同心圆筒组成 ，内部圆筒静止而外部圆筒旋转以产生
搅拌 效 果两 种方 式 。机 械搅 拌法 通 过控 制搅 拌 的速 度和 冷
和 触变 成型 的效 果 。 综 上 ，与普 通Ａ ｇ ， ） Ｊ Ｄ 工 铸造 方法 不 同 ，半 固 态金 属加 工
要是通过对金属凝固过程中进行搅拌而获得半固态浆料 ， 并让 其保 持一 定温 度而 直接 成型 ，该 工 艺生产 效率 高 、流 程短 而倍 受欢 迎 ；对于 后者 来说 ，则 较 为复 杂 ， 是 先要 把 半固态浆料制成坯料 ，然后再根据所需产品的尺寸重新加 热至半固态温度后成型 ，这～工艺虽然复杂但容易实现 自
改造技术推，
ＤＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ８ ９ ７ ２ 。 ２ ０ １ ５ ． ０ ８ ． ０ ３ ０
半 固态金属加工技术
改造者 ：李
半 固态 金属加 工技 术是 当前一 项热 门研 究领域 ，本文 通过对 Ｍｌ Ｔ 工艺 、 ＮＲ Ｃ工艺和冷却斜槽法三种半固态金属加工工艺的论述 ， 并就半 固态金属加工工艺 的核心环节——坯料 制备 方法进行了详细 论述 ，并对该工艺的应用和需要解决的难题作了探讨。
冷却斜槽 法
半 固态金属 加工工艺
半 固态金 属加 工 成型主 要 有压 铸和 锻造 两种 手段 ，此 外 ，现 在也 有人 通过 挤压 或 者轧 制等方 法进 行生 产 ，其 工
冷却斜 槽 法是 用于 铝合 金和 镁合 金 的一种 半 固态 坯料 新 工艺 ，冷 却斜槽 ｉ ： Ｚ － － Ａ ９ 工 艺原 理是 把高 于液相 温 度线 之上 的熔融金属直接倒在冷却斜槽上 ，通过冷却斜槽的作用 ， 在斜槽的表壁上生成许多细小晶粒 ，然后再通过金属流体
半固态加工技术
半固态金属加工技术摘要: 半固态加工技术是一种新的材料成形技术。
作者综述了半固态金属的成形工艺、坯料制备工艺、微观组织、国内外研究应用情况, 展望了半固态金属加工技术的前景, 并提出了应对措施。
关键词: 半固态; 成形工艺; 浆料; 加工技术Abstract: Semi-solid metal forming is a new process for metal form ing.The forming process, block preparation, mi-crostructure and its internal and external application are described in the paper.The prospect of semi-solid metal forming is displayed.Key words: semi-solid; forming process; serous material; forming引言:半固态金属加工技术(semi- solid metal forming ), 简称SSM。
它是利用半固态金属相当低的剪切应力以及很好流动性的特点, 将这种既非完全液态, 又非固态的金属浆料加工成型的一种新型加工方法。
SSM应用范围广, 存在固液两相区的合金均可实现, 并能适用于铸造、挤压、锻压、焊接等多种加工工艺。
其充型平稳, 加工温度低, 凝固收缩小, 因而铸件尺寸精度高, 表面平整光滑, 铸件内部组织致密, 气孔、偏析等缺陷少, 晶粒细小, 力学性能高。
另外, 半固态合金流动应力低, 成形速度快, 由于成形温度低, 对模具的热冲击低, 因而铸模寿命大幅提高, 并且与普通铸造相比可节约能源。
因此, 半固态金属成形技术得到了国际上的普遍重视, 成为材科学科的研究热点。
一、半固态成形工艺半固态金属加工工艺的工艺路线通常有两条: 一条是经搅拌获得的半固态金属浆料在保持其半固态温度的条件下直接进行半固态加工, 通常被称为流变成形(Rheocasting)。
液态金属加工中的半固态加工技术
半固态加工技术，一种基于新型液态金属的先进加工方法，近年来在制造业中受到了广泛的关注。
该技术不仅革新了传统加工方式，还在很大程度上提升了加工效率和质量。
首先，半固态加工技术的基础是液态金属。
这种新型液态金属在常温下表现出类似固态的物理特性，如高强度、易成型，同时又具有液体的流动性。
这种特性使得它能够在保持一定流动性的同时，实现像固态一样的成型和加工。
这为制造业提供了一种全新的材料加工方式。
在半固态加工技术中，这种液态金属被用作模具和工具，通过挤压、压制、注射等手段，制造出各种形状和尺寸的产品。
相比于传统的加工方法，这种技术具有许多优势。
首先，由于半固态金属的高强度和高流动性，产品在加工过程中能保持更高的精度和稳定性，大大减少了废品率。
其次，半固态金属的快速凝固特性，使得它可以实现快速冷却和固化，极大地提高了生产效率。
最后，由于其独特的物理特性，半固态金属可以更容易地实现自动化生产，降低了对人工的依赖。
然而，尽管半固态加工技术具有许多优点，但它并不是无懈可击的。
在实际应用中，如何控制液态金属的流动性和凝固速度，如何保证产品的质量和精度，都是需要解决的问题。
这就需要我们进一步研究和探索半固态金属的物理和化学特性，以及如何利用这些特性来优化加工过程。
总的来说，半固态加工技术是一种具有巨大潜力的新型加工技术。
它以液态金属为基础，通过改变金属的物理和化学特性，实现了更高的加工精度和效率。
然而，这项技术还有许多需要解决的问题和挑战。
只有通过不断的研究和探索，我们才能更好地利用这种技术，推动制造业的发展。
半固态金属成形技术
半固态金属成形技术1. 引言半固态金属成形技术是一种新兴的金属加工技术，它将固态和液态的金属材料的优点结合在一起，可以制造出具有高强度、高精度、复杂形状的金属零件，具有极高的应用价值。
本文将介绍半固态金属成形技术的基本原理、应用范围、优点和发展前景。
2. 基本原理半固态金属成形技术的基本原理是将铸造过程中合金中铸晶的分布状态控制在半固态状态，通过控制合金的热状态和机械变形来实现金属成形。
具体而言，就是将合金熔融后，在一定的时间和温度范围内，控制其冷却速度，使合金中的铸晶呈现出部分熔化和形变状态，从而达到半固态的状态。
3. 应用范围半固态金属成形技术可以应用于航空航天、汽车、船舶、机械等领域的制造。
具有如下优点：（1）可以直接制造出高强度、高精度、复杂形状的零件，避免了加工中的残余应力和失真；（2）可以大幅减少加工成本，节约了材料和时间成本；（3）可以提高金属材料的性能和质量，增加产品寿命和安全性；（4）可以生产大尺寸、高质量的零件，提高了生产效率和产能。
4. 优点半固态金属成形技术具有以下优点：（1）成形精度高，可以实现微米级的精度控制；（2）成本低，可以节省大量人力、物力和时间成本；（3）高性能材料制造，可以生产出高强度、高耐热、高耐腐蚀的材料，扩展了金属材料的应用范围；（4）可持续发展，可以对既有材料进行再加工和再利用。
5. 发展前景半固态金属成形技术是一种有前途的金属制造技术，目前已经进入实际应用阶段。
未来，它将逐步替代传统的金属成形工艺，成为重要的先进制造技术之一。
同时，随着科学技术的不断发展，半固态金属成形技术也将不断创新和完善，提高成形速度和效率，扩大应用范围。
预计在未来的十年内，半固态金属成形技术将会取得重要的技术突破，推动金属制造行业的成型和发展。
6. 结论半固态金属成形技术是一种健康、可持续发展的金属制造技术。
它具有高效、高精度、高性能、低成本等优点，可以适应不同的金属制造领域的需求。
3半固态成形技术1
双螺旋搅拌 金属液在双螺旋强烈的 搅拌混合作用下，成分 场和温度场都非常均匀 一致，在强制对流作用 下连续冷却，异质形核 将在整个金属熔体中发 生，因而尽管实际形核 率并没有提高，但是由 于所有的晶核都能够存 活下来，因而有效形核 率大大提高。此外，强 烈的混和作用会引起潜 在晶坯的分散，从而增 加潜在形核位置。以上 作用只有在双螺旋提供 的强烈紊流作用下才能 实现 。
§2半固态组织形成原理
枝晶臂机械断裂机制
流动的熔体作用于固液界面的切应力超过枝晶臂的 剪切强度，或者熔体作用于枝晶臂上的弯曲应力超 过其抗弯强度时，枝晶臂发生断裂，断裂的碎片被 进入熔体中，成为非枝晶组织的结晶核心。
枝晶熔断机制
液相的流动引起了熔体温度分布和浓度分布的改 变，使固液相界面处的温度产生波动，可能导致局 部温度超过固相熔点，造成枝晶臂根部重熔，从枝 晶主体上分离下来形成非枝晶组织的晶核。
悬挂部件
发动机托架
日本18个成员组成的Rheotech公司
公司成员包括：三菱重工、川崎制铁、神户 制钢、古河电气等14家钢铁公司和4家有色 金属公司。在1988年3 月至1994年6月期 间共投资30亿日圆进行研究开发，下一步 转向工业应用阶段。
日本UBE于1996年发明的NRC法目前也 在汽车行业中获得了成功应用
再结晶机制 再结晶机制是指液相流动产生的应力使 枝晶臂弯曲，枝晶臂根部会形成大量的 位错，在高温下这些位错通过再结晶重 新排列成大角度晶界。晶界被熔体薄膜 完全浸润，导致枝晶臂由此脱落形成非 枝晶组织的晶核。
抑制生长机制 抑制生长机制是指通过控制熔体凝固形 核、改变生长的热力学及动力学条件， 抑制枝晶生长，使初生相在过冷熔体中 直接形核并按球状方式生长，最终形成 非枝晶组织
半固态成形技术的工艺流程
半固态成形技术的工艺流程半固态成形技术（Semi-Solid Forming Technology）是一种将合金材料由液态逐渐转变为半固化状态进行成形的高效率制造技术。
下面我将详细介绍半固态成形技术的工艺流程。
半固态成形技术的工艺流程主要包括以下几个步骤：1. 材料准备：选择适合半固态成形的合金材料，通常是金属合金。
合金的主要成分、比例和杂质控制对成品的质量有重要影响。
合金材料经过预处理、熔炼、再结晶等工艺，制备成符合要求的原料。
2. 半固态化处理：原料合金通过加热，使其处于半固态状态。
半固态是指合金同时具有液相成分和固相成分，且两者之间呈现出部分固相悬浮的混合状态。
通过控制半固态化温度和时间，使合金材料达到理想的半固态状态。
3. 成型形式选择：根据产品的形状、尺寸和结构等要求，选择最适合的成型形式。
常用的成型形式有温锻、挤压、注射等。
挤压是其中最常用的成型形式，特点是简单、成本低、生产效率高。
4. 成型设备准备：根据选择的成型形式，准备相应的设备。
例如，在挤压成型中，需要准备好挤压机，根据产品的尺寸和结构确定模具的设计。
5. 成型过程：将半固态合金材料装填到成型模具中，然后施加压力进行成型。
成型过程中，合金材料由半固态状态逐渐变形为固态状态。
压力的大小、速度和时间等参数需要根据具体产品要求进行调控。
6. 去除模具和后处理：成型完成后，将产品从模具中取出，并进行必要的后处理。
后处理包括去除余温、切割、打磨、喷漆等工艺，以使产品满足要求的精度和表面质量。
7. 检测与质量控制：通过一系列的检测手段，对成品进行质量控制。
常用的检测方法包括尺寸测量、化学分析、金相显微镜观察等。
根据产品要求和行业标准，对成品进行合格与否的判定。
整个工艺流程中，原料准备、半固态化处理和成型过程是关键环节，因为这些环节直接影响到成品的质量和性能。
精确控制半固态化温度和时间，以及成型过程中的温度、压力和速度等参数，能够使成品达到精密度高、尺寸稳定、表面质量好的要求。
第六章半固态金属加工
第六章半固态金属加工技术6.1半固态金属加工技术概论20世纪70年代初，美国麻省理工学院(MIT)的Flemings教授等研究者们提出了一种金属成型新方法，即半固态加工技术(Semi-Solid Metal or Semi-Solid Forming，简称SSM 或SSF)。
所谓半固态加工是指金属在凝固过程中，对其施以剧烈的搅拌或扰动作用，得到一种均匀悬浮着一定量的球状初生固相或退化的枝晶固相的固-液混合浆料，进而进行加工成型的一种新技术。
这种固-液混合浆料具有很好的流变性能，因此称为流变浆料。
依据流变料浆是否直接用于金属件的加工成形，半固态加工又分为半固态流变成型和半固态触变成型两类。
前者是将制备好的半固态浆料直接用于成型，后者是将流变浆料凝固成锭，在成形时，重新加热至金属的半固态温度区，恢复其流变特性，实现加工成型。
流变料浆凝固成的金属锭一般称为半固态金属坯料。
金属材料从形态来分，主要有两种状态，液态和固态。
相应地传统的金属成形主要分为两类，金属液态凝固成形，如铸造、液态模锻、液态轧制、连铸等，和金属塑性加工成形，如轧制、拉拔、挤压、锻造、冲压等。
凝固成形利用了液态金属的良好流动性，实现成形过程中的充填、补缩，并且可以借助机械压力充填型腔，改善成形件内部质量和尺寸精度。
但从凝固机理知道，凝固加工要想完全消除成型件内部的缺陷是极其困难的，甚至是不可能的。
塑性加工成形是利用固态金属在高温下呈现的良好塑性流动性，在外力的作用下，完成成形过程中的形变和组织转变。
与凝固加工相比，采用塑性加工成形的产品质量明显提高，但由于固态金属变形抗力高，所需变形力大，因此要消耗大量能源，对于复杂零件需要多道工序才能完成。
半固态是金属介于液态和固态的中间态，是金属从液态向固态转变或从固态向液态转变的中间阶段，即金属固相和液相共存的一种状态，对于结晶温度区间宽的合金，半固态阶段较长。
金属在半固态呈现出与液态金属、固态金属明显不同的物理特性，半固态加工技术正是利用这些特性，而发明的一种不同于传统的凝固加工、塑性加工的金属成形加工新方法。
电磁搅拌法制备半固态浆料(1)
电磁搅拌的不足之处： 1、熔体温度的控制 ； 高熔点合金温度调节灵敏度低，需使用感应加热等内热加热 方式。 对策：采用具有自动控制功能的感应加热系统。 2、有效力矩小； 高熔点合金容器壁厚大效率低，搅拌力矩低等问题。 对策：对搅拌线圈及其控制系统进行专门设计。 3、加热与搅拌之间的干扰; 由于要同时使用感应加热和电磁搅拌，且两者功率都很大。 会产生干扰。 对策：加热与搅拌统筹设计。
触 变 成 形
部件毛坯
2.基本概念
01
金属半固态的制备方法
金属半固态浆料或坯料的制备是半固态成形加工的 基础，目前半固态浆料或坯料的制备方法很多，但 常用的方法主要是电磁搅拌法和机械搅拌法，其中 电磁搅拌法占主导地位。
电磁搅拌法制备半固态浆料的技术
电磁搅拌法 (Electromagnetic Stirring Method, 简 称EMS)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。
金属熔体的实际转速与旋转磁场的转速是有差异的。这种差异的大小用转差 率描述，即
式中n为金属熔体的实际转速。线圈与熔体之间的距离越大，转差率也越大。 由此可见，影响金属熔体搅拌强度的主要因素有旋转磁场的磁感应强度、旋 转磁场与金属熔体的相对速度、金属熔体电导率。提高搅拌效果的关键是提高熔 体内的有效搅拌转矩和转速。
3.技术原理
1．搅拌线圈 2、4．绝缘层 3．中频感应加热线圈 5．隔热层 6．塞棒 7．坩埚 半固态浆料制备机结构原理示意图
电磁搅拌法的原理是在旋转磁场的作用下， 使熔融金属液在容器内作涡流运动。 电磁搅拌法之所以能够作为半固态浆料的主流制备方法就是利用了电磁力产生 的金属液的强迫流动来影响和控制凝固过程。 金属熔体所受的电磁力F与金属熔体的感应电流密度I和旋转磁场的磁感应强度B 有如下的关系：
半固态调味料生产加工工艺作业指导书
半固态调味料生产加工工艺作业指导书
1 目的
制定了半固态调味料作业片工艺标准，主要规定了半固态调味料的主要流程及技术要求。
2 适用范围
本指导书适用于本公司半固态调味料作业生产的生产
3 职责
3.1 生产部是该工艺的归口管理部门，负责该工艺的提高。
3.2 车间生产人员负责生产。
3.3 生产部长负责监督作业指导书的执行。
4 工作程序及要求
4.1 前处理
凡需加工整理的各种原料，应经挑选、机器筛选去除杂质后方可投产。
4.2调配
严格按调配表要求，将原料分别加入上料器使原料进入搅拌器后搅拌均匀度99%以上，搅拌时间为10分钟-20分钟。
严格按照设备操作规程操作，做好设备使用记录。
调配工序中使用的食品添加剂质量应符合相应的标准和规定。
食品添加剂的品种和使用量应符合GB2760的规定。
4.3烘炒
先倒入适量的植物油，升高到一定温度时将葱姜蒜等调
味料倒入炒锅中，炸制金黄色，加入辣椒酱、盐、味精、香辛料，搅拌10-15分钟，出锅灌装
4.4灌装
装前设备进行杀菌，灌装时包装材料的名称与所要灌装的产品名称一致，重量一致，不能出现负偏差
4.5杀菌
100℃,40分钟，冷却至室温
4.6成品包装
严格按照设备的操作规程给原料进行成品包装。
将调配好的原料加入上料器，使原料在供料盒里再次充分搅拌，自动包装，包装后将其放入包装箱入库待检验。
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固态成形
– 特征：以固态充型 – 优点：高可靠性 – 高性能 – 缺点：流程长 – 柔度低 – 成本高 – 趋势：快速、精确、低耗 – 向液态成形延伸
2018/10/29
–挤压铸造 –压铸 –铸轧一体化
–液态模锻 –液芯轧制 –精密锻造 –等温锻造 –超塑性加工
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1 半固态成形技术的产生
——加工技术新体系
2018/10/29
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6 本课题组的主要成果
Fe-Cr-C系合金白口铁半固态成形
半固态
普通
2018/10/29
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6 本课题组的主要成果
高锰钢半固态成形
半固态
普通铸造
28
2018/10/29
6 本课题组的主要成果
——理论成果
半固态连铸过程稳定性理论 粒状晶形成理论 半固态连铸工艺设计准则
机 械 力
喷 射 沉 积 法 剪 切 冷 却 轧 制 法 悬 浮 剂
添 加 剂
孕 育 变 质 剂
物 理 场 作 用
预 变 形
应 变 诱 发 熔 体 激 活 法
温 度 控 制
强 化 对 流
电 脉 冲 法
超 声 波 法
液 相 线 法
循 环 等 温 法
缓 慢 冷 却 法
紊 流 效 应 法
机 械 搅 拌 法
2018/10/29
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4 半固态成形技术现状
——以铝代铁
原为铸铁，单重3公斤，现改用半固态铝合金，单重 1.4公斤,减重114%
2018/10/29
19
4 半固态成形技术现状
——以铝代钢
原为精铸碳钢，现为 A356 － T6 铝合金 .完全满足要求 , 且减重50%,成本显著降低
2018/10/29
技术关键：
半固态浆料的制备 半固态浆料的定量充型 凝固与塑性变形之间的耦合 零件毛坯的质量控制 与各种成形设备的相容性
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分类
半固态 模锻
半固态 挤压
半固态成形技 术分类
半固态 轧制
半固态 压铸
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半固态浆料制备原理与方法
晶体形成与长大控制
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2018/10/29
4 半固态成形技术现状
——国外应用现状
Alumax公司的半固态产品
2018/10/29
16
4 半固态成形技术现状
——国外应用现状
半 固 态 成 形 汽 车 零 件
2018/10/29
17
4 半固态成形技术现状
——意大利应用现状
Alfa Romeo Spider 跑车后悬铝合金梁水平支撑，单重 达7公斤,壁厚只有0.1英寸(2.54ｍｍ)
2018/10/29
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6 本课题组的主要成果
——半固态反挤成形
普通坯
2018/10/29
半固态坯
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7 今后的研发计划
与企业联合组建半固态加工技术与装备中心
研发基地 装备制造基地 生产应用基地
近五年内的研发内容：
– 半固态连铸技术与装备产业化
– 半固态压铸技术与装备产业化
– 半固态模锻技术与装备产业化 – 半固态挤压技术与装备产业化
2018/10/2952 半固态成形技术简介
——基本概念
定义：
– 利用材料的流变特性进行充填与成形的加工技术
材料状态：半固态 技术本质：
流变充型 加压凝固
加工温度：Ts<T<TL 加工方式：
半固态铸造、半固态锻造、半固态轧制、半固态挤压等
6
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2 半固态加工技术简介
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4 半固态成形技术现状
——中国
汽车制动总泵体
2018/10/29
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4 半固态成形技术现状
——中国
汽车空调器涡轮盘
2018/10/29 22
4 半固态成形技术现状
——中国应用现状
汽车水泵盖
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5 半固态成形技术的发展趋势
2018/10/29
24
5 半固态成形技术发展趋势
电 磁 搅 拌 法
2018/10/29
12
4半固态加工技术现状与进展
国外——已经产业化
– 专业化工厂 – 专业化设备制造 – 产品遍及整个制造业
国内——有待产业化
– 实验研究充分 – 产业化准备不足
有色、黑色 军工、航天、民品 高科技、日用品
关键设备缺乏 工艺设计与控制依据 不足 坯料或浆料的制备 设备 市场
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邢 书 明 研 制 的
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6 本课题组的主要成果
——半固态挤压抗磨锤头
2018/10/29
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6 本课题组的主要成果
——半固态挤压白口铁杯形件
2018/10/29
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6 本课题组的主要成果
——半固态挤压磨球
2018/10/29
35
6 本课题组的主要成果
——半固态挤压铸造机
2 半固态成形技术简介
——限制环节
成 形 设 备 产品市场
成 形 工 艺
半固态加工
半固态浆料制备 2018/10/29
半固态坯料制备 9
3 半固态成形技术原理
技术范畴：
– 凝固控制+半固态流变充型+塑性变形
定义：
– 利用各种凝固控制技术获得具有良好流变性的半固态浆料， 并在外力作用下使其充满型腔、凝固并发生一定的塑性变形， 得到各种零件毛坯的成形方法.
半固态成形技术及其进展
北京交通大学 邢书明
中国机械工程学会半固态加工学术委员会 委员 中国机械工程学会特种铸造专业委员会 委员 中国兵工学会挤压铸造委员会 委员
2018/10/29
1
主要内容
项目建议与分析 原 理 特 征 和 优 势 应 用 现 状 和 前 景
半固态成形
传统加工技术分析
2018/10/29
2018/10/29 38
感谢光临，
敬请指导！
2018/10/29 39
2018/10/29
29
6 本课题组的主要成果
——半固态挤压铸造机
邢 半 书 固 明 态 发 明
挤 压 铸 造 机
2018/10/29
30
6 本课题组的主要成果
——半固态连铸机
安装在车间的垂直连铸机SSCC95
2018/10/29
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6 本课题组的主要成果
——黑色金属半固态连铸机
黑 色 金 属 半 固 态 连 铸 机
——工艺流程
触变成形
– 坯料 加热 充型 凝固 脱模 后处理
流变成形
– 合金熔炼 浆料制备 充型 凝固 脱模 后处理
2018/10/29
7
2 半固态加工技术简介
——技术优势
尺寸精度高 环 境 友 好 高可靠性
废品率低
高 性 能
半固态加 工
形状适应性强 低消耗
成形抗力小
2018/10/29
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2
1 半固态成形技术的产生
——材料传统加工技术分析
传统 材料加工技 术
固态加工 锻、轧、挤 材料连 接 焊 2018/10/29 冲、拉、拔 热
液态加工 铸
3
1 半固态成形技术的产生
——材料传统加工技术分析
液态成形
– 特征：以液体状态充型 – 优点：短流程 – 高柔度 – 低成本 – 缺点：质量控制困难 – 可靠性低 – 稳定性差 – 趋势：快速、精确、高压 – 向固态成形延伸
有色与黑色并重
实现黑色金属精确成形 流变成形可以解决成本高的问题
• 设备专业化 • 产品专业化 • 企业专业化
触变成形与流变成形并重
系列化与专业化并重
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5 发展趋势
生产连续化、高速化：与现代成形接轨 材料多样化：铝合金、镁合金、铜合金、钢铁材料、复合材料 工艺数字化：适应网络制造、虚拟制造等先进制造技术 设备专业化：产业化的硬件保证 铸轧一体化：坯、件、型材并重
——国外应用现状
Alumax公司的AEMP分部 (Alumax Engineered Metal Process) 建厂：于1978年就建成了生产铝合金汽车零件的半固态压铸生产线， 年生产能力达到了5000万件。
5000万件 2500万件 600万件 300万件
近况： 1994 1995 1996 1997 与Superior工业公司合资在美国Arkansas州建成了全球首家半固态压铸铝合金轮 毂厂。拥有24台压铸机．半固态压铸铝合金轮毂与低压铸造相比 减重30％，性能 提高30％，生产率提高9倍 该公司帮助AMP公司新建了一个用来生产电工铝合金零件的专业厂.
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– 限制环节：
2018/10/29
4 半固态成形技术现状与进展
技术现状
浆料制备：系统，成熟 坯料制备：
– 半固态连铸已经工业化
加热技术：
– 感应加热已经工业化
成形技术：
– 半固态压铸和半固态锻造成熟 – 半固态挤压、轧制较少
2018/10/29