谢水生教授的半固态成形技术概述课件

1、 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(固相组分甚至可高达60%) 这种半固态金属浆料具有流变特性，即具有很好的流动性，易于通过普通加工方法制成产品。 20世纪70年代初 美国麻省理工学院D.B.Spencer等 测量Sn-15%Pb合金高温粘度计中，发现了金属在凝固过程中的特殊力学行为时 金属在凝固过程中进行强烈搅拌，即使在较高固相体积分数时，半固态金属仍只有相当低的剪切应力，这种特殊性能是由于基体中存在奇特的球状微粒结构。 获得高质量、高強度、高精度金属零件毛坯 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， 然后直接

2、進行流变铸造或制备半固态坯锭如：铝合金、镁合金、锌合金、镍合金、 铜合金以及钢铁合金 其中铝合金、镁合金因其熔点低， 已得到广泛应用 制备复合材料 提纯材料等零件毛坯的加工成本压力铸造重力铸造锻 造 微观组织结构压力铸造重力铸造半固态锻 造 成形的形状精确度压力铸造重力铸造半固态锻 造最终零件的加工成本压力铸造重力铸造半固态锻 造机械特性压力铸造重力铸造半固态锻 造 高半固态压力铸造 流变成形(Rheoforming) 触变成形(Thixoforming) 流变铸造(Rheocasting)- 局部重熔（二次加热）(Reheating)-触变成形(Thixoforming)浆料的 械搅拌法 电

3、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 等械 搅 拌 法（a）垂直式 (b)水平式不同的电磁搅拌方式示意图(Rheoforming)几种流变成形的方法(Rheoforming)几种流变成形的方法(Rheoforming)几种流变成形的方法(Rheoforming)几种流变成形的方法(Rheoforming) 流变铸造(Rheocasting) 局部重熔（二次加热）(Reheating) 触变成形(Thixoforming) 电阻加热 感应加热 二次加热装置温控原理图EFU公司的半固态金属坯锭的加热设备加热坯锭最大直径可达100mm，坯锭最大高度可达250mm。加热

4、电流的频率可调，可从300HZ至550HZ。 如连续加热直径3英寸，长度180mm的AlSi7Mg坯锭，加热速率为25 个锭/小时，耗电量为110KWAl A357普通铸造的组织 半固态加工的组织50 m50 m3D Characterisation of Particles - LS 26182D Sections3D shapes610 C2 min60 min20 mina）铜合金Cu-10Sn-2Zn b) 不锈钢A1S1304 c) 钴基高温合金HS31应力应变Increasingly dendriticIncreasing particle sizeDecreasing tempe

5、ratureIncreasing strain rate 流变铸造过程的模拟 二次加热过程的模拟 触变成形过程模拟 半固态钛合金触变成形阀体时金属流动前沿位置和流线 利用固体力学的理论进行数值模拟 考虑为粘塑性本构关系 利用流体力学的理论进行数值模拟 提出新的理论进行数值模拟 如：认为液态产生静水压 固态为多孔材料 通过压缩实验获得粘塑性本构关系 实验GLEEBLE 1500热模拟机上进行 不同应变速率时半固态Al-6.6%Si合金在液固两相区压缩变形的真应力-真应变曲线 合 金加 工方 法热 处 理状 态屈 服 应 力(M N m-2)抗 拉 强 度(M N m-2)延 伸 率(% )硬 度

6、（ H B ）铸 造 合 金 A 356 (A l7Si0.3M g) A 357 (A l7Si0.6M g)SSMSSMSSMSSMSSMPMPMC D FSSMSSMSSMSSMSSMPMPM铸 造T 4T 5T 6T 7T 6T 51T 6铸 造T 4T 5T 6T 7T 6T 5111013018024026018613828011515020026029029614522025025532031026218634022027528533033035920014205-101295297155-10975460708010510080-758590115110100-锻 造 合 金

7、2017 (A l4C uM g) 2024 (A l4C u1M g) 2219 (A l6C u) 6061 (A l1M gSi) 7075 (A l6Z nM gC u)SSMWSSMC D FWWSSMWSSMWSSMC D FWT 4T 4T 6T 6T 6T 4T 8T 6T 6T 6T 6T 6T 62762752772303933243102602902753614205053864273664204764693524003303104055605708.8229.281019588.2126.661189105-12089-10495-150合金及状态屈服应力（MPa）抗拉

8、强度（MPa）延伸率（%）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2072142522521651521722004718592024 铝合金 触变成形 压力铸造 锻造46448348534736240011213410合金及状态屈服应力（MPa）抗拉强度（MPa）延伸率（%）AZ91D SSM 铸造合金（铸态）AZ91D SSM 铸造合金（T4 热处理）120.85.187231.413.42396.20.911AZ91D 模铸AZ91C 砂型铸造（铸态）AZ91C 砂型铸造(T4 热处理)AZ91C 砂型铸造(T6 热处理)

9、AZ91C 金属模铸造(T4 热处理)AZ91D 金属铸造(T6 热处理)15429585130701002531216527527517517570.821251.80.8不同加工方法下的材料力学性能 一些高熔点合金在不同条件下机械特性的比较屈服应力（MPa）抗拉强度（MPa）延伸率（%）铜CDA905 流变铸造状 流变铸造+均匀化 触变成形 砂型铸造1311551551523243052813103023725不锈钢AlSl304 触变铸造 蜡模铸造不锈钢AlSl304L 应变诱发熔化激活 锻件27627466051659648319303057不锈钢440C 流变铸造状 流变铸造+均匀化

10、 锻件103016501860压缩实验压缩实验M2 工具钢（回火） 触变铸造 锻件（轴向） （横向）237024401230弯曲实验弯曲实验钴合金 钨铬钴合金21 触变成形 标准值 触变成形 锻件 铸造 X-40 流变铸造 蜡模铸造531524205024009241550700662745弯曲实验弯曲实验828637钛合金 Ti-20Co 流变铸造 模铸Ti-2-Cu 流变铸造 模铸 Ti-17Cu-8Cu 流变铸造 模铸1681391261212121834864541701623883677.41.49.51.98.81.2AlSi7Mg铸造铝合金在触变成形和热处理后不同位置的机械性能A

11、lMgSi1锻造铝合金在触变成形和热处理后不同位置的机械性能 许多国家都进行研究、开发、应用，应用日益广泛、已工业化应用 目前处于领先地位国家目前处于领先地位国家 美国、意大利、瑞士、法国、英国、德国、日本等Alumax在 Jackson工厂的半固态加工车间瑞士Buhler工厂的半固态金属成形机（630T）半固态成形的铝合金另件 半固态成形的镁合金零件半固态流变铸造成型的铝合金汽车零件汽车的转向节 车的齿轮盘 发动机支架半固态加工成形汽车零件半固态加工成形的涡型轮Motor Bracket (Mercury Marine, Inc., Fond du Lac, WILeft Photo: Pr

12、ofiles SSF produced master cylinder, Right Photo shows completed fuel rails manufactured by AEMPA-Mold Corporation, a subsidiary of UBE Industries, Ube City, Japan Ann Arbor, MI-based ThixomatLight weight notebook computer Digital video cameraVarious small metal components produced by Formcast, Inc.

13、Variety of metal components produced by THT pressesA view of THT s manufacturing areaUBE Machinery, Inc., Ann Arbor, MIIsuzu truck transbeam Porsche Boxter engine block可能用于汽车前悬挂系统的半固态成形零件与原零件质量比较名 称铁零件(Kg)铝零件(Kg)质量减少(Kg) （%）上控制臂：前端0.73710.255150.4819565%上控制臂：后端0.79380.311850.4819561%悬臂1.842750.708751.13462%驾驶控制杆2.09791.10565