金属材料短流程、近终形的生产工艺

金属材料短流程、近终形的生产工艺多个过程(如凝固与成形)的综合化，称短流程化，如喷射成形技术、半固态加工技术和连续铸轧技术等。打破传统的材料成形与加工模式，缩短生产工艺流程，简化工艺环节，实现近终形、短流程的连续化生产，提高生产效率。近终型、短流程的成形加工技术具有高效、节能等特点，在技术上突出的特点是缩短加工周期，尽量减少变形量或者后续加工环节，由金属熔体直接得到所需的制品或近似的制品，同时，这些制品还具有现有加工方法所生产制品的性能和组织，这可大大减少后续挤压、轧制和压铸等耗能大、投资大、用工多的加工过程。例如，半固态成形、连续铸轧和连续铸挤等是将凝固与成形两个过程合而为一，实行精确控制，形成以节能、降耗、高效和优质为主要特征的新技术和新工艺。1半固态成型金属材料的半固态成型是在半液半固的两相状态下进行的，所以与全液体成型或全固体成型相比，具有许多优点。首先，在凝固过程中有固液两相，同时存在的合金系都可进行半固态成型。半固态材料浆的粘度比熔融金属的粘度高得多，因此成型时可形成层流，也能更均匀地填充模型。金属浆的成型温度较低，与常规铸造工艺相比：可节约35%左右的能源；可以延长模型寿命；凝固时间较短；可缩短生产周期；由于有固体存在和温度较低，零件在模内的收缩较小。用金属浆生产的零件内的宏观气孔与显微疏松比常规铸件中的少得多。半固态材料填充模型时，材料前端呈层流充满型腔，比熔融金属的流动平稳得多，不会卷入气体。半固态成型零件的尺寸可与成品零件的相等或几乎相等，极大地减少了机械加工量与切削量，既节约了材料，又可以生产形状复杂的零件或难于加工的薄壁零件。半固态模锻件与压铸件表面平整光滑，内部组织致密，晶粒细小，力学性能高。2近终形轧制技术(1)热连轧技术热连轧技术是将均热后的坯锭同时在几个机架中产生塑形变形的连续轧制过程。与单机架轧制相比较，热连轧技术具有工艺流程短，生产率高，产品质量高和生产成本低等优点。热连轧工艺虽然获得了较为广泛的应用，但是该工艺将熔体的熔铸和成形加工分为两个独立的环节，金属熔体往往先制备成大的坯锭，然后再进行均热后进行热轧成形，能耗增加。而且需要锯头、铣面、预热或均匀化，工艺流程较长，原始投资成本也较高。在热连轧技术中，热轧坯锭的质量对产品的工艺性能以及最终质量影响很大。而目前的轧制供坯中，铸锭内部的质量仍然较差，成分、组织不均匀，仍然存在偏析、晶粒粗大、缩孔、裂纹和夹渣等铸造缺陷，这些缺陷的存在对加工过程和产品的质量影响极大，造成了大量废品。造成铝材成品率不高。因此，提高热轧铸坯的质量是轧制控制的关键环节之一，这客观上对坯锭的熔铸过程提出了更高的要求，如采用新型的熔处理技术、处理工艺和铸造技术等。(2)双辊式连续铸轧工艺双辊式连续铸轧工艺是指液态金属直接在两旋转辊间结晶，并承受一定的热变形而获得板带坯料的生产方法。与热连轧不同，该方法在铸轧的同时直接完成铸造和热轧过程，将坯锭的制备和成形过程合而为一，不需要铸锭锯切、铣面、加热等工序，缩短了工艺流程，几何损失和工艺废品少、成品率高，设备减少，占地面积少，投资成本低，且易实现生产过程的自动化和科学管理，因此在轧制生产中占有很重要的地位。铸轧生产线具有建设周期短、投资少、能源低、材料利用率高、维护费用低、技术门槛低、成品率高达97％、环境友好等优点。但是产品的合金品种和规格较为局限，铸轧后产品为铸造结构，须经冷轧才能达到l~2mm厚度。但是双辊式连续铸轧生产的合金品种少，往往只适合于纯铝加工，应用范围受到很大限制。为了克服之一不足，国内外也开展了一定的研究。如发展了半固态铸轧技术，该技术将高效、节能、短流程的连续铸轧技术与半同态加工技术相结合，得到半同态连续铸轧成形技术，可以兼具这两种先进技术的优点，将是一种全方位高效、节能、短流程、近终形的加工方法，而且这种技术可生产的合金品种显著扩大，成分偏析小，是一种很有发展前途的新型轧制技术。(3)带式连铸连轧法连铸连轧法是指金属在一条作业线上连续通过熔化、铸造、轧制、剪切、卷取等工序而获得板带坯料的生产方法。与热连轧技术和双辊式连续铸轧工艺相比，带式连铸连轧法直接将金属的熔化到成品加工于一起，其生产流程更短，在节能降耗、生产近终形板带材方面具有独特的优势。根据连铸机的机构类型，连铸连轧法有多种类型，但是目前国内外应用最多的是双带式连铸连轧法，如哈兹利特法和亨特一道格拉斯法和3C3近终型压铸技术传统压铸铝合金件不宜进行热处理，这制约了压铸铝合金力学性能的提高。压铸新工艺(真空压铸、充氧压铸、挤压铸造、半同态压铸和超低速压铸等)的开发应用，改善了压铸过程的成形条件，显著提高压铸件内在质量，大大提高了压铸件力学性能、物理性能和耐蚀性能，尤其是气密性、可热处理性和可焊性。目前，制备高性能零件的压铸新艺受到越来越广泛的重视，尤其是流变压铸其基础性研究和应用工作也不断深入。另外，将不同压铸技术的结合应用，也成为现在压铸技术研究的重点。(4)FTSR技术FTSR主要技术特点是：H2结晶器、液芯压下和动态软压下扇形段的使用。FTSR铸机为立弯式，它可以在7.5m／min的铸速下，在结晶器出口处得到50～90mm厚的铸坯，经液芯压下后，板坯厚度为35～70mm(Sabolarie)。FTSR技术保持了CPQSP工艺技术QSP技术是日本住友金属开发出的生产中厚板坯的技术，开发的目的在于提高铸机生产能力的同时生产高质量的冷轧薄板。其工艺生产流程一般为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼炉→薄板坯连铸机→剪切机→辊底式隧道加热炉→立棍轧边机→粗轧机→高压水除鳞机→精轧机→卷取机。TSP倾翻带钢新技术，简称TSP，其工艺流程一般为：电弧炉（AC或DC）或转炉炼钢→钢包精炼→薄板坯连铸机→步进式加热炉→高压水除鳞机→立辊轧边机→单机斯特克尔轧机→层流冷却→卷取机。CPR即铸压轧工艺，用于生产厚度小于25mm的合金钢和普通钢热轧带材。它利用浇注后的大压下（60%的极限压下量），仅使用一组轧机，最终课生产