半固态成型的现状

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国内半固态铸造的研究、开发与工业应用现状
• • 1、基础研究 基础研究 我国于20世纪 年代后期陆续开展了半固态金属成型技术的研究， 世纪70年代后期陆续开展了半固态金属成型技术的研究 我国于 世纪 年代后期陆续开展了半固态金属成型技术的研究，但是 这些尝试大都利用机械搅拌法进行流变铸造或触变铸造研究， 世纪80年 这些尝试大都利用机械搅拌法进行流变铸造或触变铸造研究，从20世纪 年 世纪 代后期开始，先后有不少高校和科研机构也开展了这方面的研究，比如， 代后期开始，先后有不少高校和科研机构也开展了这方面的研究，比如，北 京科技大学、哈尔滨工业大学、东南大学、 京科技大学、哈尔滨工业大学、东南大学、北京有色金属研究总院等单位从 事半固态金属加工技术的科研工作，并且自行设计了不同类型的实验设备。 事半固态金属加工技术的科研工作，并且自行设计了不同类型的实验设备。 接着又有东北大学、清华大学、沈阳金属所、南昌大学、重庆大学、 接着又有东北大学、清华大学、沈阳金属所、南昌大学、重庆大学、北京交 通大学、西北工业大学、武汉理工大学、上海大学、沈阳师范大学、 通大学、西北工业大学、武汉理工大学、上海大学、沈阳师范大学、华中科 技大学等单位进行半固态合金流变学、半固态合金微观组织、 技大学等单位进行半固态合金流变学、半固态合金微观组织、半固态金属成 形过程的数值模拟以及半固态铸造原材料制备及其成形工艺等方面的基础理 论研究取得了可喜的进展。 论研究取得了可喜的进展。 2、流变铸造研究的新进展 流变铸造研究的新进展 早期的流变铸造因浆料保存和输送困难，一度进展缓慢， 早期的流变铸造因浆料保存和输送困难，一度进展缓慢，而当时的触 变铸造虽然工艺流程较长，成本较高，仍获得了规模应用。如今为了进一 变铸造虽然工艺流程较长，成本较高，仍获得了规模应用。 步降低触变铸造生产的铸件成本和提高铸件品质， 步降低触变铸造生产的铸件成本和提高铸件品质，流变铸造再次成为主要 研究方向。许多新型的流变铸造技术正在取得突破性进展， 研究方向。许多新型的流变铸造技术正在取得突破性进展，国内的研究进 展如下： 展如下：
国内半固态的工业应用现状 及面临的机遇和对策
主讲人：杨小宝
半固态成型技术的提出及其科学含义
• 半固态这一概念，最初来自于美国麻省理工学院。Flemings教授领导 的研究小组发现金属材料在凝固过程中经强力搅拌后，枝晶网络骨架 被打碎而保留分散的颗粒状组织形态，这样的显微组织在固液两相区 具有很好的流动性，从而可利用常规的成型技术如压铸、挤压、模锻 等实现半固态金属的成型。 • 与传统全液态成型技术相比，它具有以下的有点： 1、在工艺方面：成形温度低，延长模具寿命（热冲击小）；节省能 源；改善生产条件和环境。 2、在产品方面：铸件质量提高（减少气孔和凝固收缩）；减少加工 余量；零件的尺寸和精度能达到近终形；扩大压铸合金的范围并可以 发展金属复合材料。
1、英国人Brunel大学的fan等人于1999年提出了双螺旋机械搅拌式流变射铸工艺 。吴树森等人对此作了进一步研究，取得了与英国人Brunel大学的fan等人的类 似结果，压铸出AZ91D镁合金试样。北京有色金属研究总院建立了双螺旋机械搅 拌式流变射铸系统，探讨了双螺旋机械搅拌式流变射铸的工艺参数对AZ91D镁合 金浆料组织的影响。
国外半固态加工技术的研究进展
• 金属半固态加工技术经过30多年的研究、开发和应用，已经在北美、欧洲、亚洲等发 达国家得到较大发展。特别是铝合金半固态加工技术在发达国家已相当成熟，进入了 工业化产生阶段，主要应用在汽车、摩托车、兵器的零部件生产。 在美国，Alumax公司在1978年使用电磁搅拌技术产生处半固态铸锭，并建成了世界上 第一条高度自动化的触变成形产生线，用于汽车零部件的生产。目前该公司的Mt holly 铝厂与Intalco铝厂已经大批量生产直径为76mm和152mm的铸锭。 在欧洲，意大利是最早将半固态加工技术商业化的国家之一。意大利Stampal公司能生 产直径为90-110mm、长度可达4m的圆坯锭。它采用触变成形技术为福特汽车公司生 产Zeta发动机油料注射挡块，齿轮箱盖和摇臂等零件。瑞士的Buhler公司于1993年初 设计制造了第一台使用于半固态金属压铸的SC卧室压铸机。 在德国，世界著名的亚琛工业大学金属成形所正进行着一项世界公认水平很高的半固 态研究项目SFB289，该项目从1996年起连续12年从德国科研协会获得资助，对半固 态进行了全面、深入呵系统的基础研究和工业开发。先后共有12个研究所和3家公司参 与合作，涉及研究领域包括冶金、材料、表面工程、摩擦技术、陶瓷、自动化控制、 热能控制技术、热能控制技术、成形技术和模拟技术。 日本于20世纪80年代后期成立了一家有18个成员组成的Rheotech公司，其成员包括三 菱重工、神户制钢、川崎制铁、古河电器等14家钢铁企业和4家有色金属公司。该公司 对半固态加工技术进行系统研究，同时加强与欧美著名大学和公司的联系。1988年3月 到1994年6月期间共投资了30亿日元进行研究开发，并正向工业应用转化。
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7、华中科技大学的吴树森等人提出了超声振动式流变成形工艺。 LOGO 申请了中国发明专利。
8、清华大学唐靖林等人提出了熔体处理和双向电磁搅拌制备及流 变成形工艺。申请了中国发明专利
上海良高精密机械有限公司
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工业的应用
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目前我国已能用半固态金属成形技术生产形状复杂的机械零部件。在镁合金半固态制 品生产主要采用射铸成型；铝合金半固态主要采用触变成形。北京有色金属研究总院 已建成国内第一条年产300t的铝合金半固态材料制备生产线，能批量生产A356、A390 、7075、6061等多种合合金牌号的半固态坯料，同时还能生产半固态坯料制备装置、 流变制浆机，以及二次加热专用的加热设备。该院通过与东风汽车公司合作，采用半 固态压铸技术在生产现场实现了汽车空压机连杆和空调器涡轮两种汽车零件的批量生 产。 北京科技大学半固态金属及合金成形研究室与兄弟单位合作，组建成了半固态铝合金 触变成形生产线，进行了半固态铝合金坯料的电磁搅拌连续铸造、坯料重熔加热和触 变成形实验，成功地连续铸造出自己Φ 50-80mm×1000-3000mm的球状初生晶粒的 AlSi7Mg合金坯料。还成功地触变成形出汽车制动总浆壳及其他零件。 重庆大学与中国嘉陵集团重庆九方铸造有限责任公司研制成JH70型摩托车发动机镁合 金半固态支架。北京交通大学利用半固态流变挤压技术成功地制造出碳钢ZG230-450 基座和低合金钢齿轮和箱体。南昌大学利用流变压铸技术实现了传统压铸合金如 ADC10压铸工艺。 综上所述，在半固态金属成形技术的工业应用方面，与世界处于先进地位的国家相比 我国有相当大的差距，但是差距既是挑战，亦是机遇，在此，我提几点建议，供大家 讨论:
1、继续加强半固态成形技术的基础理论研究。 2、开发具有自主知识产权的半固态浆料制备新技术，降低坯料的生产成本，提 高生产效率。半固态金属浆料的价格始终是影响半固态成型技术发展和普及的关 键因素。因此，我们应开发具有自主知识产权的高效、优质、低成本制备技术。 3、大力开发新型合金的半固态成型工艺，努力扩展半固态成型技术的应用范围。 在引进、吸收国外先进半固态成形技术的同时，我们应该从基础理论出发，努力 开发新型优质合金的半固态成型工艺，只有这样，才能掌握半固态成型的前沿技 术，真正成为半固态成型技术的领军者。 4、国家应该鼓励相关企业参与半固态成型技术的研究，鼓励相关企业积极引进。 吸收国外先进半固态成型技术。同时采取一定的优惠政策，鼓励企业进行技术改 造，努力为广大科研单位创造试验平台，争取在最短的时间内将先进研究成果转 化为生产力
2、北京科技大学毛卫民提出了低过热度浇注和弱电磁搅拌式流变成形工 艺，已获得中国发明专利，毛卫明还提出了蛇形通道浇注式流变成形工 艺，这是一种半固态合金浆料的制备与流变成形新工艺，可进一步简化 合金浆料的制备过程，并申请了中国专利。
3、北京有色金属研究总院的张志峰等人提出了熔体分散混合式流变成形 LOGO 工艺，制备半固态金属浆料。 4、北京科技大学康永林等人发明了圆锥桶式流变成形机，实现了从浆料 制备、输送至挤压铸造的完整工艺流程。研究了AZ910D的流变挤压铸造 ，表明：与ห้องสมุดไป่ตู้统的挤压铸造相比，该制品的显微组织显示：球状或近似 球状的晶粒分布均匀，气孔率低。
5、东北大学管仁国等人提出波浪倾斜板浇注式流变成形工艺，是将日本 LOGO UBE公司NRC式流变成形工艺中的秦谢板改为倾斜的波浪形板，强化了 合金浇注工程中倾斜板的传热与搅动作用，有利于球状初生的形成，制 备的合金浆料可流变成形。 6、南昌大学杨湘杰等人提出的旋转倾斜圆筒式流变成形工艺合金浆料制 备技术，突破了NRC技术的专利保护，增加了倾斜圆筒的旋转，申请了 中国发明专利。