材料制备与加工

、八、•刖言材料制备与加工（液态成形）

材料科学与工程学院

党惊知

1）材料制备铸造材料的熔炼（化），处理等。

2）材料加工铸造方法、工艺、铸型、设备等。

1、材料制备1）铸铁普通灰口铸铁、球墨铸铁、蠕

墨铸铁、特种铸铁等。

2）铸钢普通碳钢、低合金钢、特殊用钢等。

3）铸造有色合金铝合金、铜合金、锌合金、镁合金钛合金等。

材料的熔炼铸铁的熔炼

铸钢的熔炼

有色合金的熔炼

熔炼设备铸铁——冲天炉，中频感应电炉等。铸钢——电弧炉，中频感应电炉等。

有色合金——燃气、燃油炉，电阻炉，感应炉等。

熔炼工艺材料准备

加料顺序

熔炼温度

化学成分

处理工艺等

液态合金的处理

铸铁——孕育处理、球化处理、蠕化处理。

铸钢——净化处理。

有色合金——精炼处理、变质处理等。

2电磁泵低压铸造技术

电磁泵系统是将电磁作用力直接作用于液态金属，驱动其定向移动，具有传输平稳、加压规范连续精确可调、炉体不需密封、生产过程稳定可靠等特点。2. 1电磁泵低压铸造技术原理与过程电磁泵的工作参数是电磁铁磁隙间的磁感应强度和流过液态金属的电流密度。它们与电磁泵的主要技术性能指标压头间存在如下关系：式中：厶p ――液态金属经过磁场作用区（长度为）后压强的增加量

（即泵产生的理想压头）（N/m2）;

j ------- 在金属液中垂直于磁感应强度方向和金属液体流动方

向上的电流密度（A/m2）;

B ----- 垂直于电流方向和金属液流动方向上的磁感应强度（T）；

L --------- 处于磁隙间的升液方向上的金属液体长度（m）;

2. 2电磁泵低压铸造工艺措施及参数选择1）铸型工艺参数

的选择

2）凝固方式的选择3）浇冒系统的选择

2.3 浇注工艺参数的确定 低压铸造的浇注过程一般包括升液、充 型、结壳、增压、保压结晶、卸压等几个阶段。加在密封坩埚内金属

镁合金触变注射成形技术 近年来美国、日本和加拿大等国的 公司相

4）铸型的排气

充型模拟

预测卷气、卷

渣、冷隔等缺

凝固过程模拟 -------- *•预测缩孔缩松 后处

理

设定初始条件及边界

继成功开发出镁合金半固态触变注射成形机，其中主要有美国的Thixomat公司，日本的JSW公司等。触变注射成形技术采用了一种所谓一体化”的成形方式，将压铸和注塑工艺合二为一，模具和成形材料与压铸工艺相似，工艺过程则接近于注塑成形，成形原理见

图2-1

镁合金触变注射成形原理

在加热至部分熔化状态下，传统合金在液固两相区的初生 a 相以发 达枝晶形式存在，这种半固态合金具有很的很大的粘度， 不能够正常 充型。若对这种半固态合金施加剪切， 可以得到球状初生a 晶，称之 为触变结构。在一定温度下，具有触变结构的半固态合金在压力作用 下粘度大幅度降低，极易充填铸型。两种半固态合金的组织见图 触变注射成形以半固态合金的触变行为为出发点， 具有触变结构的半 固态合金可以象热塑性材料一样流动，从而可以借助注塑原理成形。

触变注射成形的温度、压力以及涡杆转速远远高于注塑设备， 但成形 原理极为相似。成形的加热系统采用了电阻和感应加热的复合工艺， 将合金加热至582士 2 C,固相体积分数高达60%，同时通入氩气进 行保护。

除镁合金和镁基复合材料外，铝合金、锌合金以及其复合材料均可 采用此种生产工艺。采用这种工艺生产的零件除具备半固态成形的一 般特点外（例如零件内部致密、凝固收缩小和近终形成形） ，与普通

压铸相比还有操作简单和安全、 效率高、切屑或碎片经碾研后回收率 近100% （可免除二次精炼过程）以及更加有利于环保等特点。因此, 触变注射成形技术具有巨大的应用潜力，成为 21世纪的新一代金属 成形技术。

JS JSW 制造JLM850MG 触变注射成形设备触

枝晶初生相组织

的半固态合金

搅拌获得的触变结构 需半固态合金

变注射成形镁合金件触变注射成形技术的最新动向如下：1）热流道技术

热流道技术是一种连续加热金属模具内流道，保持流道部位热熔液状态的方法。热流道广泛应用于塑胶注塑成形，吹塑成形技术上。为了把热流道技术应用于镁合金成形上，热流道部分的材料采用耐高温及耐熔损性的优质材料制作，并采用电磁感应加热方式，能进行迅速的升温、降温和精确的温度控制。热流道技术具有以下特征：1）提高原料的利用率；2）缩短了成形周期；3）提高生产率（一模多个成形）；4）由于缩短了熔液流动长度，而且实现成形机的小型化等。

如使用锁模力为220tf触变注射成形机生产手机外壳，虽然采用以往的冷流道方式可以一模成形二个产品；但是采用热流道方式，同样的成形机可实现一模4 个。原料利用率也可以由20%左右提高至50%每个产品的成形周期为10秒以下。2）铸造锻造法上的应用采用触变注射成形技术所成形的厚壁产品内部缺陷少（因具有高固相率），但固相率过高，会降低产品的机械性能。一般厚壁产品，要求高强度时，采用锻造法来制造。在这个锻造加工之前，如果铸造成形件是较近似成品形状的半成品（预制品）的话，就能将锻造工艺简化成精锻工艺。这种方法成为铸造锻造法。铸造锻造法的应用使锻造形状复杂的零件成为可能。此外，也可以调整原材料的组织，使铸造性能不太好的原材料也可以无障碍地进行锻造加工。

采用触变注射成形技术制造半成品，随之快速锻造的方法逐渐引起人们的重视。对于那些由于要求高、价格等原因，而不能批量生产的汽车轮毂等安全保障类零部件、阀升程杆等发动机零部件，采用此铸造锻造工艺使其批量生产成为可能。5. 镁合金压铸现在镁合金工程构件需求的98% 来自于高压铸造行业，其中的绝大多数应用于汽车和电子行业，因此镁合金的压铸工艺性能对其在工业中应用的发展起着决定性的作用。事实证明，镁合金是一种非常适合于高压铸造的金属材料，既可以冷室压铸，又可以热室压铸。其主要优点是产品质量好，生产效率高，加工成本低。目前，仅有少数几个西方发达国家在镁合金生产成套及其关键技术等方面日趋成熟，实现了规模化生产。而我国在此方面的工作才刚刚起步。

在大多数情况下，大型、厚壁、受力和有特殊要求的压铸件采用冷室压铸机生产，冷室压铸机原理见下图。