材料制备新技术(许春香)-第四章-半固态金属加工技术课件

第4章半固态金属加工技术第4章半固态金属加工技术学习的目的与要求：通过本章的学习，帮助学生理解和掌握半固态金属成型技术的基本原理，半固态浆料的制备、贮存和运输；典型的两大类半固态金属成型方法、特点及应用范围；是学生基本熟悉工厂的生产特点、工艺布置、设备布置、主机设备等；全面的认识和了解半固态加工的工业化应用状况和发展前景；为将来走向工作岗位打下良好的基础。第4章半固态金属加工技术4.1半固态金属加工技术概述半固态金属成形就是对处于半固-半液状态的金属进行加工成形，是一种介于金属的液态成形（如铸造、铸轧等）和金属的固态成形（如挤压、轧制等）之间的新的加工成形方法。第4章半固态金属加工技术半固态金属的金属学和力学特点：1）溶质元素的局部浓度不断变化；2）宏观流动变形抗力很低；3）随着固相含量的降低，呈现黏性流体特征，在微小外力作用下即可容易变形流动；4）当固相含量在极限值（约75%）以下时，浆料可以进行搅拌，并很容易的混入异种材料的粉末、纤维等，实现难加工材料的（高温合金、陶瓷等）的成形；图4-2半固态金属和强化粒子(纤维)的搅拌混合第4章半固态金属加工技术半固态金属的金属学和力学特点：5）与一般固态金属材料也容易形成很好的结合；6）当施加外力时，液相成分和固相成分存在分别的流动情况，通常，存在液相成分先行流动的倾向和可能性；7）上述现象在固相含量很高或很低或加工速率特别高的情况下都很难发生，主要是在中间固相分数范围或低加工速率情况下显著。第4章半固态金属加工技术图4-3球形组织的演化过程示意图与常规铸造方法形成的支晶组织不同，利用流变成形生产的半固态金属零件具有独特的非支晶、近似球形的显微组织结构。球形结构的最终形成要靠足够的冷却速率和足够高的剪切速率。第4章半固态金属加工技术与普通的加工成形方法比较，半固态金属加工具有许多独特的优势：1）黏度比液态金属高，容易控制；2）流动应力比固态金属低；3）应用范围广。图4-4半固态铸造装置示意图

1—金属液；2—加热炉；3—冷却器；4—流变铸锭；5—料坯；6—软度指示仪；7—坯料二次加热器；8—压射室；9—压铸模；10—压铸合金4.1.2半固态金属成形方法根据工艺流程不同：1）流变成形（工艺流程短、生产成本低，可控性差）2）触变成形（可控性高，提高成形合金的综合性能）图4-6转轮式制浆装置4.2.1半固态金属浆料制备1）机械搅拌式半固态浆料制备装置

图4-8带内部转子的电磁流变铸造示意图2）电磁搅拌式半固态浆料制备装置4.2.1半固态金属浆料制备图4-9半固态浆料复合电磁搅拌连续制备技术示意图4.2.1半固态金属浆料制备1）机械搅拌式半固态浆料制备装置北京有色金属研究总院图4-10超声波振动半固态浆料制备原理示意图2）电磁搅拌式半固态浆料制备装置4.2.1半固态金属浆料制备超声波振动半固态浆料制备图4-11一种二次加热装置的原理图图4-12半固态金属重熔硬度测定装置4.2.2半固态金属坯料的二次加热(a)柸料二次加热(b)坯料放入压制室型腔(c)压射成型(d)压铸件

图4—13半固态金属触变压铸示意图4.3半固态金属的触变成形4.3.1半固态金属的触变压铸成形第4章半固态金属加工技术(a)柸料二次加热(b)坯料放人锻模型腔(c)锻压成形(d)锻件

图4-15半固态金属触变锻造示意图第4章半固态金属加工技术图4-16闭模锻造示意图第4章半固态金属加工技术（a）各种通信设备的外壳(b)翻盖式手机外壳

(c)相照机外壳，重量为98g(d)电脑显示器外壳第4章半固态金属加工技术(e)摩托车轮毂，直径40cm，重量1.8kg(f)汽车方向盘，重量560g第4章半固态金属加工技术(a)浇注(b)电磁搅拌(c)调整压射室位置(d)压射成形

图4-19压射室制备半固态合金浆料和流变成形示意图第4章半固态金属加工技术 图4-20单螺旋流变射铸工艺原理示意图

1—金属液输入管；2—保温炉；3—螺杆；4—筒体；5—冷却管；6—绝热管；

7—加热线圈；8—半固态金属累积区；9—绝热层；10—注射嘴；11—加热线圈；

12—单向阀第4章半固态金属加工技术A-出浆区段B-浆料熟化区段C-搅拌、挤压、剪切和搓碾制浆区段D-导向区段E-加料区段 图4-21双螺旋流变成型工艺原理示意图

1-出浆阀2-双螺杆3-筒体4-加热器5-加料口6-驱动系统第4章半固态金属加工技术图4-23低过热度浇注和短时弱机械搅拌制备半固态合金浆料示意图第4章半固态金属加工技术（a)搅拌速度的影响（b)搅拌时间的影响

图4-24搅拌速度和搅拌时间对半固态合金浆料初生固相形状因子的影响第4章半固态金属加工技术图4-25低过热度浇注和弱电磁搅拌式流变压铸示意图

1—熔化炉；2—合金液；3—电磁搅拌器；4—半固态合金浆料；5—坩埚；6—加热；7—压铸机压射；8—压铸；9—压铸型腔；10—压铸机第4章半固态金属加工技术 图4-26半固态SnPbl5合金浆料直接轧制工艺原理示意图

1—主轧辊；2—硅橡胶面；3—流变器；4—半固态SnPbl5合金浆料；5—销钉；6、8—张紧轮；7—硅橡胶带；9—支撑辊；10—杠杆；11—校直点；12—合金薄带；

13—驱动轮；14—弹簧秤；15—载荷调节螺母第4章半固态金属加工技术（a)双轮牵引式薄板坯连铸机（b)带轮牵引式薄板坯连铸机

图4-27半固态铝合金薄板坯连铸工艺原理示意图第4章半固态金属加工技术

(a)浇注(b)搅拌(c)浆料输送和轧制 图4-28半固态钢铁浆料轧制过程示意图1—浇口；2—电磁搅拌器；3—搅拌室；4—水冷轧辊表4-1半固态金属触变压铸机的选择坯料规格42/54N型66/84N型105/140N型180/220N型直径/mm长度/mm重量/kg最大压射力bar①动态静态动态静态动态静态动态静态63.5120~2001~1.61060260076.2130~2201.4~2.580020001200270088.9140~2302.2~3.68501900101.6150~2503~5.270015809202200114.3170~3004.4~87001650127180~3406~1160013008002000139.7200~3708~1548011507001750152.4220~40010~19701400①1bar=10kpa

表4-2典型的标准压铸机与半固态触变压铸机

性能参数的比较压铸机性能参数标准型OL-320半固态压铸型OL-320标准型OL-700半固态压铸型OL-700最大动态射压力/kN177224277444最大增压射压力/kN345395669745冲头行程/mm400650600835冲头直径/mm50~9050~8070~12080~105坯料长度/mm≈160≈220坯料直径/mm50.8~76.276.2~101.6表4-3几种铝合金在不同加工状态下性能对比表合金加工状态*抗拉强度σb/MPa屈服强度σ0.2/MPa伸长率δ/%硬度/HBA356SSM2201101460AlSi7Mg0.3SSM+T632024012105PM+T6262186580A357SSM220115775AlSi7Mg0.6SSM+T63302