【教授品镁(202)】镁合金半固态成型技术

2023年08月23日 9:57 9653次浏览 来源:   分类: 镁应用   作者:

金属熔体在凝固时的流动性除了与本身的特性密切相关外,还与熔体中初生固相的形态、大小、体积分数有关,因此,开发出了半固态成型技术,以制备高性能的镁合金零部件。

半固态成型技术是20世纪70年代由美国麻省理工学院弗莱明教授根据球状非枝晶的奇异特性而研究开发出来的。实质上是将金属熔体在凝固过程中,通过强烈搅拌而形成含有一定固相质点的混合浆料,压入模具成型。由于工艺流程不同,半固态成型法分为流变成型法和触变成型法。前者是对凝固过程中的熔体进行不停地剧烈搅拌,充分打碎树枝状枝晶的分叉,获得一种液态金属母液,其为均匀地悬浮着大量球状初生晶体固相的固液混合浆料,流变浆料固相含量最高可达50VOl.%或更高,一般的固相含量约为35VOl.%,然后将流变浆料直接加工成型。后者是先将浆料铸成锭,按需求切成一定大小的锭块,再加热到半固态状态,需精准地控制加热温度,达到半固态区即可进行成型加工。

半固态成形法具有如下的优点:

1.成型的温度比传统铸造工艺的温度要低得多,不仅能耗低,而且由于合金在凝固时己释放了部分结晶潜热,能减轻对模具的热冲击,较大地提高了模具的使用寿命。

2.固态浆体成型压力低,易于制备大件,成型速度快,能够轻而易举地制造结构和外形复杂的零部件。

3.简单,半固态浆体的凝固收缩小,铸件尺寸精度高,机械加工和切削加工量少,可以生产薄壁零件,实现近净成形。

4.组织细密均匀,一般为微细的等轴晶组织,消除了传统铸件中的粗大树枝状晶体和柱状晶体,铸件内部气孔、疏松、偏析等缺陷大为减少。半固态浆料充型时,呈层流形式平稳地流入型腔内,不会形成湍流和溅射,既有利于减少气体的卷入和氧化、提高铸件内部与表面的质量,还可以减轻对模具的热冲击和表面冲刷。

5.力学性能高。

6.范围广,凡是相图上有固液两相区的合金系都可以进行半固态成型,如铁基、铝基、镁基、钛基、铜基等合金。

7.实现连续流水化和自动化生产,过程可控性较强。

流变成型法简单易行,无需二次加热,能耗和铸件成本低。但半固态金属浆体的保持和运输相当不易,自动化生产困难,因而没有得到发展,国内外工业应用的半固态铸造技术基本上采用触变成型法。在触变成型前,先要制备半固态坯料,因而成本较高,又需要二次加热,能耗较大,工艺较复杂,但易实现自动化生产,故得到发展。

20世纪后期,科技工作者在研究金属铸造技术的同时,将塑料注射成型原理应用于半固态铸造工艺,开发出流变和触变注射成型新工艺,集半固态金属浆体制备、储存与运输、成型等过程于一体,较好地解决了半固态浆体保存与运输、成型控制困难等问题,使半固态铸造技术的工业化应用成为现实。

与压铸相比,半固态成型有成型设备易操作、铸件凝固收缩小、模具使用寿命长等优点。1987年,美国道屋化学公司开发出镁合金触变成型技术,使此工艺在镁合金中的应用进入了商业化生产阶段。日本长冈技术科学大学的小岛阳和镰士重晴采用半固态机械搅拌工艺制得AZ91D合金工件,研究了它的组织和性能,结果表明,随着搅拌时间、剪切速度的增加,以及搅拌速度的下降,浆体中固相粒子的均匀性和表面圆整度也逐渐上升。美国西索马公司以喷射沉积镁合金坯块为原料,采用半固态成形法制造了镁合金工件。美国威斯康星州林伯格触变发展中心用触变成型机进行了镁合金的半固态铸造,生产出镁合金离合器片及汽车传动零件等。

责任编辑:杨一鸣

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