半固态成形技术.ppt

关于半固态成形技术第1页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三半固态成形半固态成形概述半固态金属的组织特性、形成机理与力学行为半固态金属的制备方法半固态金属触变成形半固态金属流变成形第2页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三金属材料在液态、固态和半固态三个阶段均呈现出明显不同的物理特性，利用这些特性，产生了凝固加工、塑性加工和半固态加工等多种金属热加工成形方法。图1表示金属在高温下三态成形加工方法的相互关系。图1金属在高温下三态成形加工方法的相互关系液态加工（铸造成形）半固态加工(流变/触变成形)固态加工（塑性成形）重力铸造精密铸造压力铸造液态模锻液态铸轧连续铸挤半固态轧制半固态挤压半固态压铸半固态锻造轧制锻压挤压超塑成形特种固体成形流变铸造高速连续铸造连续带液芯压下连铸轻压下1、概述第3页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三半固态成形原理利用非枝晶半固态金属(Semi-SolidMetals，简称SSM)独有的流变性和搅熔性来控制铸件的质量。半固态成形方法流变成形rheoforming触变成形thixoforming在金属凝固过程中，对其施以剧烈的搅拌作用，充分破碎树枝状的初生固相，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固-液混合浆料(固相组分一般为50%左右)，即流变浆料，利用这种流变浆料直接进行成形加工的方法称之为半固态金属的流变成形。如果浆流变浆料凝固成锭，按需要将此金属锭切成一定大小，然后重新加热(即坯料的二次加热)至金属的半固态温度区(金属锭称为半固态金属坯料)。利用金属的半固态坯料进行成形加工的方法为触变成形(1)半固态成形技术定义第4页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三第5页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三(2)半固态金属的特点图2半固态金属的内部结构：(a)高固相分数，(b)低固相分数半固态金属(合金)的内部特征是固液相混合共存，在晶粒边界存在金属液体，根据固相分数不同，其状态不同，图2为半固态金属内部结构示意图。可见，高固相分数时，液相成分仅限于部分晶界；低固相分数时，固相颗粒游离在液相成分之中。第6页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三半固态金属的金属学和力学主要有以下几个特点：由于固液共存，在两者界面不断发生熔化、凝固，产生活跃的扩散现象，因此，溶质元素的局部浓度不断变化；由于晶粒间或固相粒子间夹有液相成分，固相粒子间几乎没有结合力，因此，其宏观流动变形抗力很低；随着固相分数的降低，呈现黏性流体特性，在微小外力作用下即可很容易变形流动；当固相分数在极限值(约75%)以下时，浆料可以进行搅拌，并可很容易混入异种材料的粉末、纤维等，如图3所示；图3半固态金属和强化粒子(纤维)的搅拌混合第7页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三由于固相粒子间几何无结合力，在特定部位虽然容易分离；但由于液相成分的存在，又很容易地将分离的部位连接形成一体化，特别是液相成分很活跃，不仅半固态金属间的结合，而且于一般固态金属材料也容易形成很好的结合，如图4所示；含有陶瓷颗粒、纤维等难加工性材料也可通过半熔融状态在低加工力下进行成形加工；当施加外力时，液相成分和固相成分存在分别流动的情况，如图5所示，一般来说，存在液相成分先行流动的倾向。液相先行流动的现象在固相分数很高、很低或加工速度特别高的情况下很难发生，主要是在中间固相分数范围或低加工速度下比较显著。图4半固态金属的(a)分离，(b)结合图5半固态金属变形时液相成分和固相成分的流动第8页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三与普通加工方法相比，半固态金属加工的优点：黏度比液态金属高，容易控制：模具夹带的气体少，减少氧化、改善加工性，减少模具粘接，可进行更高速的部件成形，改善表面光洁度，容易实现自动化和形成新加工工艺；流动应力比固态金属低：半固态浆料具有流变性和触变性，变形抗力非常小，可以更高的速度成形部件，而且可进行复杂件成形，缩短加工周期，提高材料利用率，有利于节能节材，并可进行连续形状的高速成形(如挤压)，加工成本低；应用范围广：凡具有固液两相区的合金均可实现半固态加工、可适用于多种加工工艺，如铸造、轧制、挤压和锻压等，并可进行材料的复合及成形。第9页，讲稿共39页，2023年5月2日，星期三(3)半固态成形的基本工艺方法半固态坯料制备二次加热触变成形合金原料设计、配制加热、熔炼搅拌(机械或电磁等)