镁课堂:(七十四)话说半固态触变成形

2016年09月27日 9:38 8184次浏览 来源:   分类: 镁资讯   作者:

金型半固态成形工艺有流变法、触变法、流变注射法和触变注射法。流变成形时首先制备半固态浆料,然后进行压铸或挤压。半固态浆料不能直接施以重力铸造,必须在一定外力作用下才能流动与完成充型,但可以直接模锻。流变成形也称为流变铸造,初期出现的流变铸造没有获得实际应用,后来研发成功一种新的流变铸造工艺,简称NRC法(new rheocasting),已被用于镁合金、铝合金零件生产。
  流变成形
  NRC法的基本理念:采用合适的工艺促使α相晶粒强制均匀形核,严格控制冷却工艺参数使其生长成细小均匀的球状组织。NRC的工艺见图1。将适度过热的合金熔体注入钢坩埚内,控制冷却过程使其成为半固浆料,并形成形态稳定的圆柱状块,然后用感应加热法加热它,达到温度均匀化后,将浆料倒入立式压铸机内,压铸成零件。与触变成形及压铸工艺相比,该法流程简单,生产成本较低,适合于各种合金系,已在镁合金、铝合金零件生产中得到应用。
  此工艺是将具有触变组织的合金铸坯重新加热到半固态温度,形成所需要的浆料,再进行压铸、挤压或锻造的工艺,是一种制造近成品尺寸零件的工艺。由于半固态锭坯的加热、运输简便,易于实现自动化,因此已成为应用较广的半固态成形工艺。最早实现商业化生产的是美国,1994年及1996年,阿卢马克斯公司(Almax)分别建成了两个半固态模锻厂,生产铝合金零部件,如汽车制动泵体,其毛坯尺寸接近净成品尺寸,机械加工量仅占毛坯锻件的13%,而常规金属型铸件的切削加工量却占40%,而且半固态成形制动总泵体的质量比相应的铸件总质量轻13%以上。
  二次加热
  在半固态触变成形之前应对锭坯加热,将其加热到固-液两相区的需要温度,以获得不同工艺所需的固体体积分数,其次可使坯料中残存的未球化晶粒全部球化,为半固态触变加工创造更加有利条件。对半固态加工来说,二次加热是一道非常重要的工序,应严格控制温度,即使1℃~2℃的温度偏差也会影响坯料的固-液相比例,同时因为成形生产是连续自动进行,必须达到一定的加热速度。感应加热虽具有加热温度精准、速度快和温度均匀等优点,但能量利用率低是其不足之处。
  半固态合金锭坯的加热除感应加热外,还可以采用电阻炉、盐浴盐加热,它们的加热温度也很准,也可以直接测量,锭坯也不易坍塌,但加热时间较长,因而组织易粗化、表面氧化加重,为了精准地控制加热温度与时间,一些公司开发出了种种监控系统。
  成形工艺
  触变成形工艺都是从常规成形工艺移植过来的,如触变压铸、触变挤压、触变锻造、触变轧制等见图2,当然具体工艺会有较大差别。由于半固态锭坯内存在液相,晶界强度很低,坯料变形抗力甚小,所以所需变形力仅为常规压力的1/4~1/5。因而挤压时可以在较大范围调节挤压比,生产高品质挤压材;锻造时可以顺利地填充型腔,制成形状复杂的高性能锻件。该工艺的关键因素是模具结构、温度、锭坯固相量、设备性能等。

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责任编辑:淮金

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