镁课堂:(七十一)话说镁合金的半固态成形

2016年08月30日 10:5 5237次浏览 来源:   分类: 镁资讯   作者:

  在铸造生产镁合金铸件时,不仅希望熔体有良好的流动性,能够满意地充型成形,能很好地补缩以消除缩孔、疏松等缺陷,而且能获得细小均匀的晶粒组织,无成分偏析或轻微的偏析,以达到铸件的致密度高与组织性能优异、尺寸精度高的目的,于是研发成功了一些新的铸造工艺,并获得了广泛应用,产生了很好的经济效果,如压力铸造、挤压铸造、精密铸造、半固态成形技术等。半固态成形技术是一种先进的铸造技术,处于发展与完善阶段,虽然大批量生产汽车车轮、电子零件方面已在美国与欧洲获得应用,但产品批量小时没有成本竞争力。
  我们知道,金属熔体在凝固过程中的流动性除了与其本身固有特性密切有关外,还与熔体中初生固相形态、尺寸、体积分数有关,半固态成形技术很好地解决了这个复杂的技术难题,可以铸出性能优秀的镁合金零件。
  什么是半固态成形技术
  半固态成形技术又称半固态模锻(SSF,Semi-solid forging)或触变模锻(thixoforging),是一种新的零件加工工艺,界于液态成形(铸造)与固态成形(压力加工)之间的先进成形工艺,是1971年美国马萨诸塞理工学院(又译麻省理工学院,Massachusetts Institute of Technology,MIT)弗莱明(Flemings)教授等首次提出来的。它的理念:用物理或机械方法对凝固着的金属熔体进行强烈搅拌,将凝固了的枝晶枝叉打下,使它们均匀地浮悬于熔体中,形成一种浮悬着一定数量球状初生固相的固-液混合浆体即流变浆料,固相的体积通常为50%~90%。
  根据工艺流程,半固态成形工艺又可分为两种:流变成形与触变成形。前者是将半固态浆料直接加工成形,后者是先将浆料铸成锭坯,锯成一定长度的坯料,然后将其加热到半固态区,使坯料中出现一定量的液相,一般为10体积%~90体积%,最后模锻成形。
  半固态成形特点
  与常规铸造工艺与压力加工工艺相比,半固态成形法有以下特点:
  成形温度较常规铸造工艺的低,节能减排,而且熔体在凝固过程中已释放了部分潜热,对模具的热冲击有较大的减轻,模具寿命有所提高;
  因为半固态浆料是一种固-液混合物,成形压力大幅度下降,容易制备大工件,成形速度快,可以制造结构复杂的零件与薄壁零件;
  铸件组织优秀,细小均匀,通常呈细微的球状等轴晶组织,不存在传统铸件的粗大树枝状晶与柱状晶,铸件中的气孔、疏松、偏析等缺陷几乎不存在或大为减轻。半固态浆料呈层流形式平稳充填型腔,不像常规熔体那样有湍流形成,也不会发生溅射,有利于减少气体卷入和浆体氧化,显着改善了铸件内部和表面品质,还可以减轻对模具的热冲击和表面冲刷作用;
  铸件力学性能全面改善,一般比常规铸件的高20%以上;
  适用范围广。最初此法是为生产铝合金铸件开发的,但是二元相图上存在固液两相区的合金系都可以进行半固态成形,如铁基、铝基、锌基、铜基、镁基等合金均可以;
  容易实现自动化连续化生产,工艺过程可控性较强,当然不适合小批量生产,通常年产量不宜少于50万件。
  总体上,流变铸造工艺简单,不需要二次加热,节能减排,铸件和锻件成本也较低,但浆料保持和输送要求严格和困难,也不易实现自动化连续作业,因而发展缓慢,国内外工业应用半固态成形技术是指触变铸造技术与触变模锻技术。在实施触变成形时,第一道主要工序是制备半固态坯料,因而加大了生产成本,同时还要进行二次加热,耗费电能,工艺较为复杂,然而却容易实现自动化连续生产,因而得到了较大发展,国外已建成多条商业化生产线,主要生产铝合金零件。
  近20年来,科学家将塑料注射成形工艺移置到金属半固态成形中,形成流变-触变注射铸造成形新工艺,集半固态金属浆料制备、输送、成形等过程于一体,使半固态技术进入商业化生产阶段变成现实。
  世界半固态成形技术进展
  镁合金半固态铸造技术优点是显而易见的,但也有一些难以克服的缺点,所以进展不快,规模也不大。1987年美国道屋化学公司(Dow)研发成功镁合金半固态成形技术并建成了全球首条商业化生产线;美国西克索马公司(Thixoma)以喷射沉积镁合金锭坯为原料,采用半固态成形技术模锻镁合金零件;美国威斯康辛林堡(Linberg)触变成形发展中心采用触变铸造机半固态铸造镁合金汽车离合器片及传动系统零件等。而对镁合金半固态成形技术进行研究的科学家包括中国的科学家在内更是不胜枚举。采用半固态成形技术制备汽车镁合金零配件有着广阔的潜力。

责任编辑:淮金

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