半固态流变挤压铸造研究

1、半固态流变挤压铸造研究赖国胜（江西渝州科技职业学院，江西新余338029）摘要：半固态挤压铸造是集半固态加工与挤压铸造为一体，利用半固态浆料的流变性能进行充型并在压力作用下凝固成形的一种材料加工新技术。本文介绍了直接挤压铸造与间接挤压铸造工艺特点，在此基础上着重介绍了铝合金炮弹壳体的半固态流变挤压铸造工艺。关键词：半固态；直接挤压铸造；间接挤压铸造；工艺特点；ThePresentStudyStatusofSemi-SolidSqueezeCastingLAIGuo-sheng（JiangxiYuzhouScientificandTechnologicalInstitute,Xinyu33802

2、9,JiangxiChina）Abstract：Thesemi-solidsqueezecastingisanewnetshapeformingprocess，itisacombinationofthesqueezecastingandsemi-solidforming.Informingprocess，moldingiscompletedbytheexcellentrheologicpropertiesofthesemi-solidslurry，andthesolidificationiscarriedonbymeansofpressure.Inthispaper，thedirectandi

3、ndirectprocesseshavebeenmainlyintroduced.Finally，wepresentedacannonballshellsrheo-squeezecastingprocess.KeyWords:semi-solid；directsqueezecasting；indirectsqueezecasting；processfeatures；引言半固态成形作为一种新型、先进的工艺方法，它具有充型平稳、制件致密性高、对模具的热冲击小、力学性能高、生产成本低等特点。在汽车、通信、计算机等领域，以及航空、航天、国防等尖端领域都将有广阔的应用前景，将推动工业向轻量化、高性能。环

4、保型方向发展。本文对半固态流变挤压铸造技术的原理，分类及其工艺特点进行了简单介绍。在此基础上，着重介绍了铝合金炮弹壳体的流变挤压铸造试验。初步获得了铝合金半固态流变挤压铸造工艺。对推动流变成形技术的工业应用具有重要的应用价值。1半固态挤压铸造原理半固态挤压铸造是将半固态流变制浆与挤压铸造结合起来，利用固液共存的非枝晶半固态浆料（坯料）具有的特性进行成形的方法。该技术的主要思路是：将熔炼合格的合金液以高于液相线的温度浇入制浆室，制备具有良好流变特性的半固态浆料来进行浇注。这种半固态浆料在重力作用下充满型腔，随后利用挤压机构对型腔内的半固态浆料施加压力，并保持一段时间，使其完全凝固后卸压开模，辅以

5、必要的后处理（如热处理），最终得到内部致密、性能良好的近净成形零件。在整个过程中，半固态浆料的制备是核心和基础，如果半固态浆料的质量达不到要求，就会出现充型不完整、液相偏析等缺陷。而半固态浆料的流变性能决定了流变充型效果，也决定半固态挤压的效果影响，进而影响挤压铸件的机械性能1。所以半固态浆料直接成形的关键技术之一是如何快速获得与触变成形中重熔加热后相近的半固态组织2。2半固态挤压铸造工艺目前，合金半固态成形的工艺方案主要分流变成形和触变成形两大类。在较长时期内，触变成形将占有绝对优势。但近年来，流变成形也正在成为普遍关注的热点。与触变成形相比，它具有流程短、材料损失少、节能低耗、生产效率高等

6、特点，成为降低生产成本的主攻方向，具有较好的工业应用前景。流变挤压铸造对浇入铸型型腔的半固态浆料施加较高的机械压力，并使其成形和凝固，从而获得铸件。它可以分为两类：直接冲头挤压铸造（directsqueezecasting）和间接冲头挤压铸造（indirectsqueezecasting）。2.1直接冲头挤压铸造直接冲头挤压铸造类似于金属液态模锻，充型压力直接施加于半固态浆料的整个液面上，没有浇注系统，充型合金液凝固速度快，所获得的铸件组织致密、晶粒细小。适合于生产形状简单、对称结构的铸件，如活塞、卡钳、主气缸等3。直接冲头挤压铸造工艺存在的主要问题是：（1）浇入到型腔内的半固态浆料必须精确定

7、量。（2）要求铸件向冲头方向单向凝固，以保证压力有效传递。（3）在提高生产率及制造形状复杂铸件方面存在一定困难。（4）挤压铸造金属模具要由高质量的模具钢制造，而且要求壁厚足够大。（5）控制冲头的插入过程，使合金液以层流的形式向上移动，避免氧化夹渣等缺陷。2.2间接冲头挤压铸造间接冲头挤压铸造工艺类似于压铸，也采用成形冲头，充型压力通过浇道传递给充型合金液，半固态浆料通过浇道引入型腔。挤压设备通常采用较大的压射筒，压射挤压活塞可以控制半固态浆料的射入速度。通常确定压力是否有效传递和合理设计浇道系统是间接冲头挤压铸造工艺的两个主要问题。根据压射筒位置，间接冲头挤压铸造可以分为水平式和垂直式两大类，

8、见图1、图2所示。图1流变压铸设备简图Fig.1PhotoofRheo-diecastingequipment图2所示为日本UBE公司发明并申请了专利的”新流变铸造”（NRC）工艺。与直接挤压铸造相比，间接挤压铸造较难在铸件凝固过程中保持较高压力，不利于生产凝固区间大的合金铸件，挤压铸件内部质量较低。此外，间接挤压铸造工艺采用了浇注系统，材料利用率相对较低。但是间接挤压铸件是在封闭型腔中成形，十分容易控制尺寸，因此不需要配置精确的定量浇注系统。MovinghfiilfFixedhalfChargeshotDockFillSqueeze图2NRC流变挤压铸造样机示意图Fig.2Sketchmap

9、ofNRCsqueezecastingequipmentmodle3铝合金炮弹壳体流变挤压铸造流变挤压铸造是将流变制浆工艺与挤压铸造成形工艺相结合的一种成形方法，是一种高效、低耗的新兴金属加工工艺。它与液态挤压铸造相比，成形时金属以半固态的形式存在,成形温度较低，可以明显延长模具的使用寿命，同时可提高制件精度与生产效率，并且制件可获得相对较高的综合力学性能8。在试验中成功地进行了铝合金炮弹壳体的流变模锻试验。其基本成形工序如图3所示。图3半固态挤压铸造基本成形工序Fig.3Formingprocessofsemi-solidsqueezecasting半固态流变技术的关键在于控制浆料的冷却速度

10、和强制对流速率,制备出优质的半固态浆料。浆料质量的好坏对流变挤压铸造工艺及成形件的影响具有决定性的影响，因而半固态浆料制备是整个技术的核心和基础。半固态浆料的流变性能决定了流变充型的效果，也决定了半固态挤压的效果。该模具在YB32-300型四柱万能液压机上进行10。其工作过程是:将一定量的铝合金半固态浆料浇入型腔后，固定在活动横梁上的凸模以一定速度向下挤入型腔并保压一定的时间，待合金完全凝固后卸压，凸模通过工作缸的回程向上移动直至离开成形件和凹模而成形件则留在凹模内，打开卸料板取出组合凹模，即可取出成形件。成形件如图4所示。从成形件实物图可以看出：试验所获得的铸件具有良好的表面光泽，没有发现诸

11、如外表面冷隔及内表面裂纹等表面缺陷现象。图4半固态流变挤压铸造成形件Fig.4Formingpartsbydirectsqueezecasting实验研究发现，在流变挤压铸造下，成形件力学性能较普通挤压铸造有所提高。这来源于两方面：(1)半固态浆料具有较大的表观粘度，浇注和挤压充型时不易产生飞溅和涡流，因而可以减少成形件中的气孔和缩松等缺陷。(2)半固态浆料制备可以获得含有细小球形或近球形初生固相的半固态浆料，这是提高机械性能的主要原因。同时浆料成形温度和比压严重影响着成型零件的性能，因此，实验过程中要求选择合适的工艺参数。本实验在合理的工艺参数条件下，获得了最大抗拉强度314MPa,延伸率1

12、0.6%的较高的力学性能。4结论介绍了一种可以提高产品性能、降低生产成本的半固态流变挤压铸造工艺对比了直接挤压铸造与间接挤压铸造的工艺特点；通过铝合金炮弹壳体流变挤压铸造实验，初步获得铝合金流变挤压铸造工艺。采用这种工艺可以改善合金的机械性能，获得具有良好表面光泽的铸件。参考文献刑书明，曾大本等.半固态挤压铸造J.特种铸造及有色合金(2001中国压铸、挤压铸造、半固态加工学术年会论文集)137139.肖泽辉，罗吉荣，吴树森.AZ91D半固态流变压铸成形的研究J.热加工工艺，2004(2)：41-42.呼延青挤压铸造的研究与应用述评J.特种铸造及有色合金，1984(2):4144.齐丕骧挤压铸造M.北京：国防工业出版社，1984.罗守靖.液态模锻结晶凝固理论的研究J.哈尔滨：哈尔滨工业出版社，1992.Z.Fan,S.Ji,X.Fang.Rheo-diecastingofAluminumAlloysandcomponents.Proceedingofthe8thS2P,Cyprus,2004.刘艳华，冯赟.A380铝合金液