半固态金属铸造工艺

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半固态金属铸造工艺
3.1概述
3.2工艺原理
在普通铸造过程中，初晶以枝晶方式长大，当固相率达到0.2左右时，枝晶就形成连续网络骨架，失去宏观流动性。

如果在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌，则使普通铸造成形时易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态，悬浮于剩余液相中。

这种颗粒状非枝晶的显微组织，在固相率达0.5-0.6时仍具有一定的流变性，从而可利用常规的成形工艺如压铸、挤压，模锻等实现金属的成形。

3.3合金制备
制备半固态合金的方法很多，除机械搅拌法外，近几年又开发了电磁搅拌法，电磁脉冲加载法、超声振动搅
-铝合金和铝-1993SIMA 状组织。

该方法的特点是，不需要加入合金元素也无需搅拌。

V.Dobatkin 等人提出了在液态金属中加细化剂，并进行超声处理后获得半固态铸锭的方法，称之为超声波处理法，如图1所示。

图1超声波处理法示意图
3.4成形方法
半固态合金成形方法很多，主要有：
（1）流变铸造（Rheoforming,Rheocast ）
图2触变铸造工艺示意图
1压铸合金2连续供给合金液3感应加热器4冷却器5流变铸锭6压射室7压铸模
在金属液从液相到固相冷却过程中进行强烈搅动，在一定固相分数下，直接将所得到的半固态金属浆液压铸或挤压成形，见图2。

如R.Shibata等人曾将用电磁搅拌方法制备的半固态合金浆液直接送入压铸机射室中成形。

该方法生产的铝合金铸件的力学性能较挤压铸件高，与半固态触变铸件的性能相当。

问题是，半固态金属浆液的保存和输送难度较大，故实际投入应用的不多。

（2）触变铸造（Thixoforming,Thixocast）
将已制备的非枝晶组织锭坯重新加热到固液两相区达到适宜粘度后，进行压铸或挤压成形，如图3所示。

图3触变铸造工艺示意图
1坯料2软度指示计3坯料重新加热装置4压射室5压铸模
美国的EOPCO、HPMCorp.、PrinceMachine、THTPresses以及瑞士的Buhler公司、意大利的IDRAUSA、ItalpresseofAmerica、加拿大的ProducerUSA、日本的ToshibaMachineCorp和UBEMachineryServices等均已能生产半固态铝合金触变成形专用设备。

该方法对坯料的加热、输送易于实现自动化，故是当今半固态铸造的主要工艺方法。

（3
（4
4所示。

（5
(1)
1
2
3
4
5
6
7
(2)
1）铸件质量高。

因晶粒细化、组织分布均匀、体收缩减少、热裂倾向下降，基体上消除了缩松倾向，力学性能大幅度提高。

2）凝固收缩小，故成形后尺寸精度高，加工余量小，近净成形。

3）成形合金范围广。

非铁合金有铝、镁、锌、锡、铜、镍基合金；铁基合金有不锈钢、低合金钢等。

4）制造金属基复合材料。

利用半固态金属的高粘度，可使密度差大、固溶度小的金属制成合金，也可有效地使用不同材料混合，制成新的复合材料。

3.6半固态铸造技术的最新发展
3.6.1镁合金半固态温度区间扰动和浇温对铸态组织的影响
AZ91HP镁合金在不锈钢坩埚电阻炉中升温至720℃保温10分进行精炼处理后，在液相线附近进行短时保温处理，可减小枝晶组织形成趋势；降低处理温度、对熔体进行扰动均加速晶粒向等轴形乃至球形发展；在半固态温度区间对熔体吹氩（Ar）处理，使熔体扰动，提高了形核率，加速了
枝晶臂的熔断和晶粒等轴化，可得到均匀分布的非枝晶组织；这使成形后的半固态铸件中，硬脆的β相含量减少，且呈纤细的网状分布于初生的α相晶界处，提高了镁合金半固态铸件的力学性能（铸造，2006，55（2）：120-125）。

3.6.2先进的半固态合金的制浆方法
图5倾斜板法制备半固态浆料装置
图6高铬白口铸铁球状奥氏体半固态浆料组织
在已提出的先进的制浆方法中，倾斜板技术的原理和设备简单、工艺易控、成本较低。

图5为采用倾斜板法制备半固态亚共晶高铬白口铸铁半固态浆料装置，金属液在在冷却体激冷作用下，奥氏体以非均匀方式大量形核长大、枝晶熔断、折断、破碎进而细化，形成球状奥氏体，图6为其球状奥氏体半固态浆料组织形貌（铸造，2006，55（2）：156-159）。

3.6.3 Al-6Si-2Mg铝合金半固态触变成形压铸
图7半固态触变成形压铸Al-6Si-2Mg铝合金水泵盖及其微观组织
5757，
孔，经
度。