半固态成型技术的发展与应用现状
金属半固态成形技术的应用现状及发展前景
磁搅拌 制备半 固态 金 属 浆 料或 坯 料 的独 特 优 点． 目 前， 电磁 搅拌法 制 浆在 半 固态 金属 成 形 实 际应 用 中
占据 主导地 位． 电磁搅 拌法 也存在 能耗 大 、 磁严 但 漏
缩能力 ， 从而减轻 或者消 除 了缩 松倾 向， 因而组织 优 良的半 固态 金属浆 料或坯 料的制备 是实现半 固态 金 属加工技术 的基础及 关 键 ． 自从 Ｆ ｅ ｎ ｓ １ ｇ 等人 ］ ｍｉ ８
制， 可获 得很高 的剪切速 率 ， 有利 于形成细 小 的球 形
晶粒组织 ， 目前 实验室 中广 泛应用 的方 法 ． 是 ｊ 由于
收 稿 日期 ： ０ ８Ｏ — ５ ２ ０ 一６ ２
作 者 简介 ： 尧 （ ９４ ） 男 ， 北荆 门人 ， 士研 究 生 刘 １８ 一 ， 湖 硕
第 ２卷
第 ４期
刘尧 ． ： 属 半 固 态 成形 技 术 的应 用 现 状 及 发 展 前 景 等 金
３５ Ｏ
无法 制备高 质量 的半 固态 金属 浆料或 坯料．
固态浆 料 ， 在适 当 的搅 拌及 冷却条 件下 ， 均可 获得半
１ 半 固态 合 金 浆料 的制 备
与传统铸造 成形 相 比， 固态 金属 浆 料 中包 含 半
有类球 形 的固相颗 粒 ， 少 了凝 固收缩并 提 高 了补 减
固态 金属锭或 成 形件 ， 微 观 组织 为 细 小球 形 或等 其 轴 的固相颗粒 ， 最小粒 径约 为 ３ ～５ ｍ． Ｏ ０ 机 械搅拌法 装 置结 构 简 单 、 价低 、 作 方 便 ， 造 操 搅拌速 度 、 搅拌 温 度及 冷 却 速率 等 工 艺 参数 易 于控
第 ２卷第４ 期 材料研究与
半固态金属成形技术的发展与应用
半固态金属成形技术的发展与应用70年代初美国麻省理工学院的M.Flemigs和D.Spencer发现，处于固-液相区间的合金经过连续搅拌后呈现出低的表观粘度，此时在结晶过程中形成的树枝晶被粒状晶代替。
这种浆料很容易变形，只要加很小的力就可以充填复杂的型腔，从而开发出一种新的金属成形方法—半固态金属成形。
半固态金属成形可以分为流变成形和触变成形两种。
前者是利用半固态金属的流变性能，将经过强烈搅拌的金属浆料加压成形。
后者则利用金属的触变性能，将凝固的搅拌金属浆料加热至半固态再加压成形。
半固态金属成形具有能消除气孔、缩孔，提高零件的机械性能及模具寿命，减少凝固收缩，提高零件尺寸精度等优点。
半固态金属易于搬运和输送，为连续高效的自动化生产创造了条件。
在节省能源、保护环境方面也较传统的铸造方法更为优越。
目前美国、西欧已将半固态加工成形技术应用于生产。
美国军方把用流变铸造法制造复合材料坦克零件列为五年工艺研制规划之一。
在川崎制铁等18家大型公司的资助下，日本从1988～1994年成立了专门研究机构，对半固态金属的性能、制造与加工技术进行了全面的研究，目前已着手工业化生产。
我国对半固态金属成形技术的研究基本上还处于实验室阶段，离工业性生产尚有一定距离。
1半固态金属的流变特性半固态金属的流变特性是指在外力作用下半固态金属的流动、变形性能。
研究半固态金属的流变特性对半固态金属的制备和成形技术具有重要的指导意义。
当金属液中固体金属颗粒的组分大于0.05～0.1时，其流变行为即呈现非牛顿体型。
在更高的固体组分（0.5～0.6）时，浆料呈非线性粘塑性，具有宾汉（Binghan）流体的特性。
虽然合金成份、半固态金属的制造条件、固体相的形状与大小等因素对半固态金属的流变性能都有影响，但固相组分的数量对流变性能的影响最大。
通常用半固态金属的表观粘度作为其流变性的指标。
通过在一定剪切变形速度及冷却条件下的搅拌试验，测定了在不同固体组分下的铝、铜、铁半固态金属的表观粘度，见图1，并采用悬浊液的粘度公式对表观粘度与固相率的关系进行回归分析，得到如公式（1）所示的半固态金属表观粘度表示式［1］：图1固相率与表观粘度间的关系（曲线为回归结果）（1）式中：ηa—半固态金属表观粘度，Pa.s，ηLa—金属液表观粘度（Pa.s），ρm—合金密度（kg.m-3），C—凝固速度，s-1，—剪切变形速度，s-1，f s—固相率。
半固态加工技术研究现状与应用前景
凝固论文半固态加工技术研究现状及应用前景Research Situation and Application Prospect of Semi-solid Processing Technology课程：金属凝固理论半固态加工技术研究现状及应用前景Research Situation and Application Prospect of Semi-solid Processing Technology摘要：半固态金属成形技术具有高效、节能、近终形生产和成形件性能高等许多优点，是近年来金属加工技术研究的热点。
该工艺在钢铁及有色金属加工中都受到了相当的重视，关于这方面的专著、论文等也大量的涌现。
本文在众多的文献资料基础上通过作者的整合，思考将从半固态加工简介，基本原理，研究现状及应用前景四个方面进行阐述。
关键词：半固态加工；浆料制备；成形技术；数值模拟；应用前景Abstract: There are many advantages of semi-solid metal forming technology such as high efficiency, energy saving, and net-shaped processing. Thixo-formed products also have fine mechanical properties, it’s the hot topic of metal processing technology research in recent years. The process in iron and steel, non-ferrous metal processing is given great attention, a large number of monographs, papers about this aspect emerge very quickly. Based on lots of documentations, the author will discuss these aspects, introduction of semi-solid processing, basic principle, research situation and application prospect through her integration and thinking.Key Words: semi-solid processing; slurry making; forming technology; numerical simulation; application prospect.液体与固体是我们比较熟悉的两种物质存在形态，而液体与固体之间尚存在一种软物质，称为半固态物质或半固态金属，其流动时表现为粘塑性行为，结果产生永久变形。
浅谈金属半固态成形技术
江苏理工学院JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY材料先进制备与成形加工技术课程论文学院名称：材料工程学院专业：机械工程2013年04 月浅谈金属半固态成形技术摘要本文综述了半固态成形技术，介绍了半固态成形技术的定义及其成形工艺，研究现状及发展应用，半固态浆料的制备方式及浆料的特点，最后对半固态技术进行了展望。
关键词半固态成形触变成形流变成形1.半固态成形技术定义金属半固态加工就是在金属凝固过程中，对其施以剧烈的搅拌作用，充分破碎树枝状的初生固相，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固-液混合浆料(固相组分一般为50％左右)，即流变浆料，利用这种流变浆料直接进行成形加工的方法称之为半固态金属的流变成形；如果将流变浆料凝固成锭，接需要将此金属锭切成一定大小，然后重新加热(即坯料的二次加热)至金属的半固态温度区，这时的金属锭一般称为半固态金属坯料。
利用金属的半固态坯料进行成形加工，这种方法称之为触变成形。
半固态金属的上述两种成形方法合称为金属的半固态成形技术。
如下图一所示。
图一半固态成形技术2、半固态加工的成形工艺目前，金属半固态成形的工艺路线主要有两种：一种是触变成形，把制浆与成形结合在一起；另一种是流变成形，将制坯和成形结合在一起。
2．1 触变成形触变成形的工艺路线是将半固态合金浆料铸造成锭坯，根据产品尺寸需要进行下料，经二次加热后，在半固态温度下进行压力加工成形。
由于半固态坯料的加热、输送工艺较为方便，并易于实现自动化操作，因而触变成形工艺在得到了广泛应用。
如半固态金属触变压铸、触变锻造、触变挤压工艺目前都已成熟，并进入实际应用。
随着触变成形工艺的推广和应用，生产实践中发现触变成形工艺也存在一些不足，如成本高，坯料损耗过多，坯料重熔时固相率难以精确控制。
工艺图如图二所示。
2．2 流变成形流变成形是将制备的半固态合金熔体直接转移到成形设备进行成形的工艺方法。
半固态成形发展概况及研究进展
半固态成形利用金属材料在固液共存状态下所特有的流变特性进行成形的技术。
首先要制造含有一定体积比例的非枝晶固相的固液混合浆料，成形方法有流变成形和触变成形两种。
优点：1、在工艺方面：成型温度低，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。
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作用或扰动作用,得到一种液态金属母液,其中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2液混合浆料(也称流变浆料) ,对这种浆料进行的加工成型的方法。
半固态成型包括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,如压铸成型(称为半固态流变压铸成型) ;后者是对制备好的半固态坯料进行重新加热使其达到半熔融状态,然后进行成型,如挤压成型(称为半固态触变挤压)[1]。
1半固态金属成形的发展及现状（半固态成形铝合金材料研究）半固态金属(SSM)成形技术自DavidSpencer于1971年首次提出至今，已有30多年历史【2-5】。
综观整个历史过程，其发展可以分为实验研究、应用研究和工程化应用三个阶段。
从20世纪70年代初开始，实验研究工作大约延续了15年。
这一阶段的研究主要集中在探索具有流变性和触变性的有色金属合金半固态试样的组织特征与制备方法上。
主要成果包括：①揭示了流变性和触变性坯料的组织特征；②提出了枝晶组织向非枝晶组织转变的物理模型：③研究了搅拌速度、强度以及温度等工艺参数对非枝晶化过程的影响规律：④初步探讨了半固态微观组织与流变性能的关系；⑤测试了半固态合金流变性能，并建立了相关的数学模型。
上世纪80年代中期是半固态成形技术应用研究的迅速发展阶段，并且从早期的有色金属合金扩展到高熔点合金以及复合材料的半固态成形。
这期间，开发与研制了包括电磁搅拌在内的多种半固态制坯技术与连铸设备；利用计算机模拟技术揭示了半固态合金充型过程；深入细致研究了成形工艺对产品组织性能影响的规律。
半固态加工技术的发展及其研究现状
•解：1.插头第一次插入插座时相 当于悬臂梁在自由端产生一挠度， 根据这一挠度即可算出插座一侧 臂上的受力
•根据插入后的挠度
•以及 E = 3.35GPa，l = 30mm
• 并由型钢表查得，自由端承受集中力的悬臂梁自由端的挠度与力 之间的关系为
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半固态加工技术的发展及其研究现状
•第4类习题 伪弹性设计方法
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•FNA •FNB
•FRH •C •H •FP •D•G
•解：1. 首先分析受力与变 形：由于刚体的现在限制A、 B两种材料杆只能产生伸长 变形而且，变形量相等。 又因为Ea>Eb,因此A杆的受 力FNa> FNb 。
• 由于FNa> FNb刚体产生 逆时针方向的转动趋势， 从而在H、D二处产生约束 力FRH和FRD
•解：1. 首先计算纤维和基体的总体积以及纤维所占体积比，二者 分别为：
•2. 然后计算复合材料的弹性模量 •垂直于纤维方向弹性模量
•平行于纤维方向弹性模量平行平行
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半固态加工技术的发展及其研究现状
•第2类习题 综合练习
• 图示结构中，两种材料的弹性模量分别为Ea和Eb，且已知Ea>Eb，二杆的 横截面面积均为bh，长度为l，两轮之间的间距为a，试求： • 1．二杆横截面上的正应力；2．杆的总伸长量及复合弹性模量； • 3．各轮所受的力。
•2．插入后插头从插座中滑出需要经历的 时间
• 插头第一次插入插座时,悬臂梁在固定端产生产生初始最大应变 • 当横向力下降到= 33N时，插头将滑出。这时应力将下降到
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•插头即将滑出时，梁的挠度未变，所以应变保持不变
半固态加工技术的发展及其研究现状
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
半固态加工技术最新进展
半固态加工技术的最新发展及应用摘要：金属半固态加工技术是21世纪前沿性金属加工技术，具有高效、节能、近终型生产和成型件性能高等许多优点。
本文着重概述了半固态金属制浆（坯）工艺的研究新进展，并展示了半固态成形技术在高合金化铝合金控制凝固与成型方面的应用与进展。
关键词：半固态加工；均匀凝固；发展趋势；应用1金属半固态加工技术简介20世纪70年代初，美国麻省理工学院(MIT)的Flemings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 Metalor SemiSolid 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作用或扰动作用，得到一种液态金属母液，其中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(也称流变浆料)，对这种浆料进行的加工成型的方法。
半固态成型包括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，如压铸成型(称为半固态流变压铸成型)；后者是对制备好的半固态坯料进行重新加热使其达到半熔融状态，然后进行成型，如挤压成型(称为半固态触变挤压)[1]。
半固态成型方法打破了传统的枝晶凝固模式，开辟了强制均匀凝固的先河，与以往的金属成型方法相比，半固态金属成型在获得均匀细晶组织、提高力学性能、缩短加工工序、节约能源及成型件性能等方面具有明显的优势。
制浆的目的是为了控制凝固过程中的晶体形核与长大形态，以获得细小均匀的显微组织，从而提高材料的综合性能。
但是目前大多数的制浆方法在实际应用方面都还存在不同程度上的局限性，制约了这项技术的工业化推广应用。
因此，近年来半固态浆料制备方法仍在不断的努力探索，推进着半固态加工技术的向前发展。
目前已有包括中国在内的二十多个国家和地区开展了半固态成型研究。
研究对象主要集中在铝合金和镁合金材料的成型。
铝合金半固态成型方法主要有流变压铸、触变压铸、触变锻造等；而镁合金半固态成型的成熟技术目前主要有半固态触变注射成型技术[2]。
半固态金属成形技术现状与展望
收稿日期:2000-10-30作者简介:蒋益民(1979 ),男,安徽无为人,硕士生,研究方向为过共晶铝硅合金半固态成形。
研究生论文专栏半固态金属成形技术现状与展望蒋益民, 蒋宗宇, 陈 刚(江苏理工大学材料科学与工程学院,江苏镇江 212013)摘 要:半固态金属成形技术具有许多优点,被专家们称为21世纪新兴的金属制造关键技术之一。
本文介绍了半固态金属成形的特点、坯料制备工艺、成形工艺、微观组织、数值模拟状况、国内外研究应用情况,并展望了半固态金属的前景和意义。
关键词:半固态金属;触变成形;微观组织;数值模拟中图分类号:T G249.9 文献标识码:A 文章编号:1004-6178(2001)01-0005-03Overview and prospect of Semi Solid Metal forming technologyJIANG Yi min, JIANG Zong y u, CHEN Gang(School of Materials Science and Engineer ing J iagsu U niver sity of Science and T echnology ,Zhenj iang J iangsu 212013,China)Abstract:T her e w er e many advantages in semi solid metal for ming technology.Specialist believed it would beco me the key metal manufacture technology in 21century.T his paper introduced the technolog y features o f semi solid metal forming,pro duction tech nigues of billets and figuration crafts,status of microstructures and numer ical simulation in semi solid metal forming.T he authors re view ed the internal and external research and industrial applications,t hen overview ed the prospect and significance of semi so lid metal in the future.Key Words:semi solid metal;thixoforming;micr ostructur es;numer ical simulation自1971年美国麻省理工学院(M IT )的D.B Spencer 和M.C Flemings 提出了金属半固态成形概念以来,半固态金属(SSM )[1-2]成形技术作为一种新型加工技术得到了国际上的普遍重视,成为材料学科的研究热点之一,部分国家已经进入了工业应用阶段。
半固态成形技术及应用
半固态成形技术及应用摘要介绍了半固态成形技术的工艺原理,分析了机械搅拌、电磁搅拌、应变诱导、冷却斜坡等浆料制备方法和流变加工、触变加工、注射加工等成形方法。
分析了各种计算机模拟技术和模拟方法在半固态成形方面的应用,论述了目前国内外半固态成形技术的应用状况和发展趋势。
随着半固态成形技术研究水平的不断提高,成形产品及应用不断增多,发展前景广阔。
关键词: 半固态加工; 浆料制备; 成形工艺; 计算机模拟0引言20世纪70年代初,美国麻省理工学院D.B.Sepcner等研究人员在自制的高温粘度计中测量Sn-15Pb合金高温粘度时,发现了金属在凝固过程中的特殊力学行为图,即金属在凝固过程中进行强力搅拌,使枝晶破碎,得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定固相组分的固液混合浆料(固相率甚至可高达60%),具有很好的流动性,易于通过普通加工方法制成产品,并冠以半固态加工[1],人们一直沿用至今。
半固态成形技术与其它的成行技术的区别在于：①半同态浆料具有流变性和触变性，变形抗力小，可提高成形速度，进行复杂件成形，缩短加工周期，利于节能节材，也可进行连续形状的高速成形；②与液态金属加工相比，半固态浆料随着同相分数的降低，呈现粘性流体特性，在微小外力作用下可发生变形流动，但粘度比液态金属高，容易控制；③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，完成复合材料制备和成形；④应用广泛，凡具有固液两相区的合金均可实现半固态加工，适用于多种加工工艺，如铸造、轧制、挤压和锻压，也正是这个优点，才产生了多种金属半固态成形工艺[2]，所以被誉为2l世纪最有发展前景的现代加工新技术。
半固态金属成形过程的模拟仿真，如半同态材料的二次加热过程、凝固过程的温度场的模拟仿真，充型过程流动场的模拟仿真，触变成形过程工件应力应变场的模拟仿真和组织变化的模拟仿真等，通过对这些单一或复合过程的模拟仿真技术的研究，可以对SSM过程中产生的诸如裂纹、气孔缺陷等各种品质问题进行分析，对工艺方案进行优化，对产品品质和性能进行预测，从而达到改善产品品质、提高生产率和降低成本的目的。
半固态金属成形应用的新进展与前景展望
半固态金属成形应用的新进展及前景展望毛卫民赵爱民钟雪友摘要论述了半固态金属坯料制备工艺、成形工艺、半固态金属成形件的性能和半固态金属成形在一些发达国家应用的最新进展，并展望了半固态金属成形在我国应用的前景及意义。
关键词：半固态金属流变成形触变成形力学性能在传统的铸造中，浇注的金属都是过热的金属液，如压铸、挤压铸造(液态模锻)；而在传统的金属锻造中，坯料都是固态金属。
但从年代至今，国外研究开发出一种崭新的零件成形工艺，称为金属的半固态加工。
所谓的金属半固态加工就是在金属凝固过程中，对其施以剧烈地搅拌作用，充分打碎树枝状的初生固相，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固液混合浆料(固相组分一般为)，即流变浆料，利用这种流变浆料直接进行成形加工，这种方法称之为半固态金属的流变成形();如果将流变浆料凝固成铸锭，再按需要将此金属铸锭分切成一定大小，使其重新加热(坯料的二次加热)至金属的半固态区，这时的金属铸锭一般称为半固态金属坯料，利用金属的半固态坯料进行成形加工，这种方法称之为触变成形()。
半固态金属的上述两种成形方法合称为金属的半固态成形或半固态加工( )［～］。
半固态金属成形具有许多独特的优点：铸件凝固收缩减少，成形不易裹气，因此铸件致密，可以热处理强化；铸件晶粒细小，不存在宏观偏析，性能更均匀；半固态金属成形速度高，且易于近终化()成形，机加工量减少；模具寿命长，所以半固态金属成形技术在国外获得了广泛的应用。
半固态金属坯料的生产半固态金属坯料的制备是金属半固态成形的基础，目前进入工业应用的制备工艺主要有电磁搅拌、应变激活方法。
电磁搅拌工艺电磁搅拌方法则利用电磁感应在凝固的金属液中产生感应电流，感应电流在外加磁场的作用下促使金属固液浆料激烈地搅动，使传统的枝晶组织转变为非枝晶的搅拌组织。
电磁搅拌不会污染金属浆料，金属浆料纯净，也不会卷入气体，电磁参数控制方便灵活。
将电磁搅拌技术及连铸技术相结合可以生产连续的搅拌铸锭，这是目前工业应用的主要生产工艺方法，见图。
半固态合金流变成形技术的研究现状与发展
收稿日期:2004206228收到初稿,2004208203收到修订稿。
作者简介:冯鹏发(1972-),男,陕西凤翔人,博士生,主要从事轻合金加工技术研究。
电话:010*********,E 2mail :fpf02@mails 1tsinghua 1edu 1cn半固态合金流变成形技术的研究现状与发展冯鹏发,唐靖林,李双寿,曾大本(清华大学机械工程系,北京100084)摘要:系统总结了半固态合金流变成形技术的研究进展和工业应用现状。
按照半固态浆料的制备方法及制浆与成形之间的关系,分别介绍了机械搅拌式流变铸造、电磁搅拌式流变射铸、倾斜板浇注式流变铸造、液相线铸造(模锻)和Semi 2Solid Rheocasting (SS R TM )技术的成形原理、技术特点、设备结构和工业应用现状,分析了其发展前景。
关键词:流变成形;浆料制备;非枝晶半固态合金中图分类号:TG 24919 文献标识码:A 文章编号:100124977(2004)1220963205Progress and Prospect of Research and Application ofSemi 2Solid Alloy Rheoforming ProcessesFE NG Peng 2fa ,T ANG Jing 2lin ,LI Shuang 2shou ,ZE NG Da 2ben(Department of Mechanical Engineering ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China )Abstract :The research progress and industrial application of the semi 2solid alloy rheocasting processes are comprehensively presented.According to the preparation methods of semi 2solid alloy slurry and their relations with the workpiece forming ,mechanical stirring rheomoulding processes (including the single 2screw rheomoulding ,the twin 2screw rheomoulding ,and several modified processes ),electromagnetic stirring rheocasting processes (including process of stirring in shot sleeve invented by Shibata ,and three modified processes ),process using a cooling slop e and its modification ,UBE New Rheocasting (UN 2RC ),liquidus casting/forging and Semi 2Solid Rheocasting (SSR T M )are respectively described in detail.And the fundamentals ,features ,equipments ,application and pro spects of the processes are evaluated.Keywords :rheoforming ;slurry preparation ;nondendritic semi 2solid allo y 半固态成形技术通常分为流变成形和触变成形两大类。
铝镁合金半固态成形应用现况与展望(二)
Cooling Fan 冷却风 扇
Wheels 轮圈
Electric Mtr. Housing
O = Production (生产)
X
X
O
O
O
X
O
O
O
X
O
X
O
O
X = Development(发展
三.半固态成形技术的发展动向
1.半固态金属胚料的制备技术：在预制锭的制备方面进行了很多研究，以获 得简便、低成本及组织良好的胚料，除搅拌法外尚有：(1)低注浇注法。(2) 快速冷却法。(3)冷却板法。(4)加入晶粒细化剂法等，如 Ca、Zn 用于 Mg、 Zn 合金等。
Accy Drive Bracket
传动轴
O
Engine Air Cool Hsng 冷气压缩机外壳、
Gearshift Housing 变速箱机架
Timing Gear Cover 调速机架
Clutch Housing 煞 车泵
Fan Clutch 煞车风 扇
Water Pump Hsng 水泵
Oil Pump Hsng 油 泵
至于镁合金触变成形，目前全球约有 40 余种用于汽车 3C 及其它产品的镁 合金标准制品，铸件单重为 23.5g~5kg，壁厚 0.5~20 ㎜，废料重新研碎后 100﹪ 循环使用。镁合金触变成形在日本主要应用于生产 3C 产品壳件，汽车零件方面 正在开发中。。北美方面，1995 年 Thixomat 公司的子公司－Lindberg 已采用半固 态射铸，为一些汽车公司生产了 50 余万件的镁合金铸件，使用了约 100 吨的原 料。而加拿大 THIXOTECH 公司亦生产排文件杆等零件，用于美国福特 4 轮传 动车-Explorer 上，射铸平均固相率 10-20﹪。
材料成形新技术
当前，节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽
车技术发展的总趋势，尤其是节能和环保更是关系
人类可持续发展的重大问题。因此，降低燃耗、减
少向大气排出CO2和有害气体及颗粒已成为汽车工 程界主攻的方向。
为了达到进一步减小质量及降低成本的目的，除了
开发高强度钢、铝、镁钛等轻合金材料外，近年来
分为连续搅拌和非连续搅拌.
5） 半固态金属成形技术的特点
——重熔加热后的半固态金属坯料的粘度很高，
可以方便地机械搬运，也便于实现自动化操作；
在高速剪切作用下，半固态金属坯料的粘度又可
迅速降低，便于成形。 ——半固态成形时，金属在充型过程中，不易 发生喷溅，减轻了合金的氧化和裹气，提高了铸 件的致密性。因此．可以通过热处理来进一步提
落，容易实现自动操作。
缺点：模具安装和嵌镶件的安放比较麻烦；占地面
积较大。
2、立式注射机的特点 优点：占地面积小， 模具拆装方便，成型 制件的嵌件易于安放。 缺点：顶出不易实现 自动化，机身较高， 稳定性差，加料维修 不便。 适应：注射量在 60cm3以下的小型注 射机。
立式注塑机两次注塑.WM 双色注射成型机录像
加料 预热 注射充模 保压补缩 冷却定形 开模
清模
注射过程
塑件脱模
注射
保压
倒流
冷却
图3-2 注射过程型腔内压力的变化
图3-3 注塑过程塑料温度随时间变化的关系
5.1.3.3 塑件后处理：
塑件内部不可避免地存在一些内应力而导致
在使用过程中变形或开裂，应该采用后处理来
消除或减小。
消除塑件内应力的方法有：
于1967年提出的.
半固态挤压成型的研究现状
摘要：半固态挤压成型是集半固态加工与挤压成型为一体，利用半固态合金浆料的流变性能进行 充型，并在压力作用下凝固成型的一种材料加工新技术。介绍了半固态挤压成型的原理及特点，阐 述了半固态挤压成型在挤压合金方面的研究现状及其发展前景。
关键词：半固态挤压成型；半固态浆料；镁舍金；铝合金
中图分类号：ＴＧ２４９．６
半固态挤压成型分为直接式挤压成型和间接式 挤压成型。
万方数据
河北工业科技
第２７卷
图１ 半固态挤压铸造原理示意图
Ｆｉｇ．１ Ｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｍｉ—ｓｏｌｉｄ ｄｉｅ ｃａｓｔｉｎｇ
１．１直接式半固态挤压成型 直接式半固态挤压成型适于生产形状简单的对
称结构铸件，如活塞、卡钳、主气缸等。其工艺特点 为无浇注系统，压力直接施加到型腔内的合金液上， 使其凝固成型。由于合金液凝固速度快，所以获得 的铸件组织致密、晶粒细小。
收稿日期：２００９—０９—０２；修回日期：２００９—１０—２５ 责任编辑：张士鼍 作者简介：郭莉军（１９８１一），男，山西朔州人，硕士研究生，主要从 事半固态成型材料方面的研究。
中国国内目前有１００多种挤压成型设备在运行， 其产品主要有汽车、摩托车、自行车受力件，耐压、气 密性零件，耐磨件及其他零部件。围绕提高产品的质 量和扩展挤压成型的应用范围，挤压成型工艺技术获 得了稳定的发展，半固态成型技术日趋产业化，使一 些适应半固态挤压成型的设备技术相应发展起来。
该方法是利用成型冲头，在合模时插入半固态 合金熔体中，使部分半固态合金熔体发生流动，以充 填由凹模和冲头形成的封闭型腔，然后保压直至铸 件完全凝固。直接式半固态挤压成型没有浇注系 统，成型冲头直接加压于铸件上端面和内表面，加压 效果好，如图２所示。由于浇人的半固态浆料全部 形成为铸件，若无溢流措施，铸件的高度尺寸精度将 由浇入的浆料量来决定。因此，定量浇注在直接式 半固态挤压成型中具有重要的意义。
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。
铝合金半固态成形技术应用及发展
铝合金半固态成形技术的应用及发展摘要：半固态成形技术是一种近终成形（near-net-shape）的成形工艺。
本文阐述了铝合金半固态成形技术的应用概况及主要工艺方法，各种半固态成形工艺的应用及其优缺点，以及铝合金半固态成形技术的发展趋势。
关键词：铝合金；半固态；成形；0前言半固态加工技术主要应用于汽车零件制造方面，另外，在军事、航空、电子以及消费品等方面也进行了产品开发。
多数情况为铝、镁合金的半固态压铸、模锻以及注射成形。
所谓半固态金属加工技术即在金属凝固过程中，进行剧烈搅拌，将凝固过程中形成的枝晶打碎或完全抑制枝晶的生长，然后直接进行流变铸造或制备半固态坯锭后，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度，然后进行成形加工。
金属半固态成形技术（semi-solid metal forming，简称ssm）是在20世纪七十年代由美国麻省理工学院学者m.c.flemings等人首次提出，该技术具有高效、优质、节能和近终成形等优点[1~3]，可以满足现代汽车制造业对有色合金铸件高致密度、高强度、高可靠性、高生产率和低成本等要求，因此倍受汽车制造厂商以及零部件配套生产厂商的重视。
1.半固态成形工艺半固态金属加工技术主要有两种工艺：一种是将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，即流变成形（rheoforming）；另一种是将半固态浆料冷却凝固成坯料后，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度，然后进行成形加工，即触变成形（thixoforming），后者在目前的生产条件下占主导地位。
通常铝合金的半固态加工技术主要有三道工序：半固态坯料的制备、二次重熔和触变成形。
触变成形作为半固态加工技术的最后一道工序，是影响半固态成形件组织和性能的关键工序，直接影响着半固态成形件的组织和性能。
半固态金属加工技术可分为半固态金属铸造法和锻造法。
1.1半固态铸造工艺半固态压铸工艺是目前半固态金属铸造成形的主要成形工艺。
半固态加工成形技术及其发展现状
半固态加工成形技术及其发展现状Semi2Solid Metal Processing Forming T echnology and Its Current Development Situation 北京航空制造工程研究所 张大辉 李志强 胡 泽 盛蔼伦 梁慧凤北京科技大学 钟雪友 [摘要] 简述了半固态加工技术的起源和特点,重点介绍了该技术的两个重要环节———半固态合金坯料制备和零件成形工艺,综述了这种加工技术的工业化应用现状和发展前景。
关键词:半固态加工 坏料制备 成形工艺[ABSTRACT] The origin and characteristics of semi2solid metal processing technology(SSM)are intro2 duced briefly.As two important stages of SSM semi2sol2 id billets making and parts forming are emphatically de2 scribed.The present industrialization status and the ap2 plication in future of SSM are summarized.K eyw ords:Semi2solid processing Billet making Forming process半固态加工(Semi2Solid Manufacturing或Semi 2Solid Metal processing,SSM)起源于美国。
20世纪70年代初,麻省理工学院Spencer和Flemings等人[1]发现,凝固过程中的金属材料经强力搅拌,会生成近球状晶或球状晶组织。
在液固两相区内,含有这种组织的材料具有优异的流变性和触变性,成形时流动阻力小,对之实施的加工技术称为半固态加工。
30多年的发展历程中,SSM技术在制坯、重熔加热、零件成形、组织与力学性能、加工环节数值模拟以及合金流变学研究等许多方面取得重大进展。
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虽然我们在基础理论研究方面已经取得了不少成 果，但仍然要进一步加大基础理论和技术创新的 投入力度，争取走在基础理论的研究前沿。
（3）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。
Honor of Wilfried Kurz, 2004:3-14. [4] X.C. Pang, H.F. Zhang, A. M. Wang, B.Z. Ding, K.Q. Qiu. Journal of Materials Science and Technology[J],
2000, 16:453-460. [5] D. Apelian, A. De Figueredo, M.M. Makhlouf. TMS Annual Meeting: Energy Efficient Manufacturing Processes,
（4）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型技术的同时，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。
（5）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。
《机电技术》2009 年第 1 期
机械设计制造ຫໍສະໝຸດ 半固态成型技术的发展与应用现状
林文金
（福建工程学院机电及自动化工程系，福建 福州 350014） 摘 要：为了解决半固态成型技术中引起人们广泛关注的主要问题，加深人们对半固态成形技术的认识，以半固态 成型技术区别于液态成型和塑性成型的本质为基础，采用对比讨论的方法分析了半固态成型技术的特点与优势，阐明了 半固态成型技术的种类和区别，介绍了半固态成型技术的国内外应用现状。指出了推动我国半固态成型技术长足发展和 应用应该注意解决的若干瓶颈。 关键词：半固态成型 流变成型 触变成型 应用现状 中图分类号：TG146.2 文献标识码：A 文章编号：1672-4801（2009）01-030-03
1 半固态成型技术
1.1 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[6]。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，成为近球状组织，此时的半固态 金属具有成型时所需要的优异性能，易于通过 普通加工方法制成制品，并冠以半固态成型 ， [7-8] 一直沿用至今。所谓半固态成型（Semi-Solid Forming），是指将含有非枝晶固相的固液混合 物在凝固温度范围内加工成型的一种材料成型 新技术 。 [1,3-4] 1.2 半固态成型技术的特点与优势
流变成型工艺中，半固态浆料中固相颗粒的 尺寸和形状与冷却速度、搅拌方法、搅拌速度等 显著相关，并且易于维持在低固相分数状态，通 过搅拌可用于凝固区间小甚至共晶合金或纯金 属。流变成型在半固态发展初期就被认为是最具 发展潜力的工艺过程，它具有工艺流程短、设备 简单、节省能源、适用合金不受限制等特点，是 未来金属半固态成型的一个重要发展方向[2]。但 是由于半固态金属浆料的保存和输送很不方便， 严重制约这种成型方法的实际应用。 2.2 触变成型
总体而言，我国半固态成型技术的工业应用 规模仍然较小，相对滞后。为了提高我国在国际 市场上的竞争力，有必要推动半固态成型技术在 我国的长足发展和应用。因此，笔者在这方面提 些建议，供大家讨论。
（1）继续加强半固态成型技术的基础理论研 究。
（2）半固态成型在工业发达国家的高速发 展，完全依赖于他们的基础理论研究与技术创新。
4 结束语
近年来，半固态成型技术在欧美国家以及日 本得到了快速发展，有着巨大的市场潜力，在世 界范围内受到越来越多的重视。可以肯定，半固 态成型技术的发展将远远超出目前工业应用所局 限的范围，在21世纪将具有越来越重要的地位。
参考文献 [1] M.C. Flemings. Metallurgical Transactions B, 1991, 22:269-292. [2] 罗守靖，田文彤，谢水生，毛卫民.中国有色金属学报[J]，2000,10:765-773. [3] M.C. Flemings, J. Yurko, R. Martinez. Solidification Processes and Microstructures[J]: A Symposium in
2003:55. [6] D. Apelian, M.C. Flemings, R. Mehrabian. Journal of Materials Science[J], 1975, 10:460-468 [7] M.C. Flemings, R. Mehrabian. Modern Casting[J], 1973, 63:31-33. [8] T.W. Caldwell, A.J. Campagna, M.C. Flemings, R. Mehrabian. Metallurgical Transactions B[J], 1977,
引言
20 世 纪 70 年 代 初 发 展 起 来 的 半 固 态 成 型 技 术，使传统成型方式发生了深刻变化[1-5]。随着研 究的不断深入，半固态成型已经发展成为一项极 具应用潜力的材料成型新技术，并已初步实现了 工业应用。然而，笔者在教学中发现大多数学生 以及部分科技工作者对半固态成型技术发展与应 用的诸多本质问题的认识仍然不够清晰。本文对 相关问题进行了阐述，以期加深人们对半固态成 型技术的认识。
表1 半固态成型技术的特性
特性
潜在工业应用价值
液固混合共存
流动应力比固态金 属低
黏度比液态金属高 且容易控制
1. 减少凝固潜热，降低铸型的 热蚀，可用于高速零件、高熔点合 金成型以及高速连铸。
2. 减少凝固收缩，减少缩孔， 降低偏析，细化晶粒，可进行后续 热处理。
1. 变形抗力非常小，可成型复 杂零件，提高零件成型速度，缩短 加工周期，提高材料利用率，降低 成本。
亚洲国家对半固态成型的研究和开发相对落 后于欧美，但也从事了大量的工作。目前日本的一 些公司也开始从事半固态成型件的生产，如Speed Star Wheel公司已成功利用半固态成型技术生产 铝合金轮毂[2,12-13]。在我国，半固态成型技术起步 较晚，目前尚处于基础理论和试验研究阶段，但也 取得了一些成果。如北京有色金属研究总院利用电 磁搅拌设备已能够连续生产直径为80mm的铝合金 半固态坯料，并与东风汽车公司合作，试验用半固 态铝合金生产汽车零部件；重庆大学与重庆九方铸 造公司合作，采用触变成型技术制成JH70型摩托车 发电机支架；北京科技大学用电磁搅拌法成功制备 出半固态AlSi7Mg合金，并用触变成型技术生产出 汽车制动总泵泵体毛坯[14]。
2. 可实现连续形状的高速成 型。
1. 充型平稳，减少气体卷入和 氧化，改善材料加工性能。
2. 减少粘模倾向，可进行更高 速的零件成型，改善零件表面光洁 度，易实现自动化。
易混入异种材料
制备复合材料及成型
由此可见，半固态成型技术具有三个特征， 一是被加工材料的状态是固液混合物，而不是 纯液体或纯固体；二是加工温度范围在合金固 相线温度和液相线温度之间；三是材料中的固 相是非枝晶形态，而不是常见的树枝晶。表1简 要阐述了半固态成型的特性及其潜在的工业应 用价值 。 [1,3-4]
30
机械设计制造
《机电技术》2009 年第 1 期
3 半固态成型技术的应用现状分析与思考
图 1 半固态成型工艺方案示意图
2.1 流变成型 在金属凝固过程中，通过施加搅拌或扰动、
或改变金属的热状态、或加入晶粒细化剂等手段， 改变合金熔体的凝固行为，获得一种液态金属母 液中均匀地悬浮一定球状初生固相的固-液混合 物(半固态浆料)，并利用此浆料直接成型加工的 方法。
3.1 半固态成型技术的国内外应用现状 半固态成型技术源于美国。目前，美国的半
固态成型技术处于全球领先地位。阿卢马克斯公 司已建成2座半固态铝合金成型汽车零件生产厂， 其生产的半固态模锻铝合金汽车制动总泵体机加 工量只占铸件质量的13%，且质量减少了13%左右 [2]。此外，Hot Metal Molding公司、Lindberg公 司、EPCO Division、HPM Corporation等公司均 已应用半固态成型技术生产形状复杂的零部件。 如汽车用刹车制动缸体和铝合金轮毂、空调设备 部件、转向与传动系统零件、活塞、燃油系统零 件等，并且这些零件已应用于Ford、Volvo、BMW 和Audi等欧美名牌汽车上[11]。近年来用半固态技 术生产的航空航天器上使用的电子器件的连接部 件等已应用于军事航空领域。这些半固态成型零 件包括许多键销和定位装置，它们的公差精度接 近甚至优于机加工。
获得半固态浆料后，将其进一步凝固成坯料 (通常采用连铸工艺)，根据需要将坯料切分，然 后把切分的坯料重新加热至固-液两相区形成半 固态坯料，利用这种半固态坯料进行加工成型的 方法。
触变成型工艺中，半固态浆料中固相粒子由 母材晶粒未熔化的部分构成，颗粒尺寸与形状依 赖与母材，并且易于维持在高固相状态，适合用 于凝固区间大的合金。与流变成型相比，触变成 型解决了半固态浆料制备与成型设备相衔接的问 题，易于实现自动化操作。因此，触变成型工艺 已成功实现了工业应用，目前国外已形成了一定 的商业生产规模[3-4]。但是，随着触变成型工艺的 不断推广和应用，其主要缺陷也逐渐暴露出来： 浆料制备成本高、设备投资大、坯料的成分和微 观结构的不均匀性、浆料制备过程控制难度大等， 成为制约触变成型工艺发展的主要瓶颈，也成为 近年来半固态成型技术的研究重点[3,5]。