半固态金属铸造工艺
发布日期:2011-11-25 兰生客服中心 浏览:2719
5.2 工艺原理
在普通铸造过程中,初晶以枝晶方式长大,当固相率达到0.2左右时,枝晶就形成连续网络骨架,失去宏观流动性。如果在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌,则使普通铸造成形时易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态,悬浮于剩余液相中。这种颗粒状非枝晶的显微组织,在固相率达0.5-0.6时仍具有一定的流变性,从而可利用常规的成形工艺如压铸、挤压,模锻等实现金属的成形。
5.3 合金制备
制备半固态合金的方法很多,除机械搅拌法外,近几年又开发了电磁搅拌法,电磁脉冲加载法、超声振动搅拌法、外力作用下合金液沿弯曲通道强迫流动法、应变诱发熔化激活法(SIMA)、喷射沉积法(Ospray)、控制合金浇注温度法等。其中,电磁搅拌法、控制合金浇注温度法和SIMA法,是最具工业应用潜力的方法。
1.机械搅拌法
机械搅拌是制备半固态合金最早使用的方法。Flemings等人用一套由同心带齿内外筒组成的搅拌装置(外筒旋转,内筒静止),成功地制备了锡-铅合金半固态浆液;H.Lehuy等人用搅拌桨制备了铝-铜合金、锌-铝合金和铝-硅合金半固态浆液。后人又对搅拌器进行了改进,采用螺旋式搅拌器制备了ZA-22合金半固态浆液。通过改进,改善了浆液的搅拌效果,强化了型内金属液的整体流动强度,并使金属液产生向下压力,促进浇注,提高了铸锭的力学性能。
2.电磁搅拌法
电磁搅拌是利用旋转电磁场在金属液中产生感应电流,金属液在洛伦磁力的作用下产生运动,从而达到对金属液搅拌的目的。目前,主要有两种方法产生旋转磁场:一种是在感应线圈内通交变电流的传统方法;另一种是1993年由法国的C.Vives推出的旋转永磁体法,其优点是电磁感应器由高性能的永磁材料组成,其内部产生的磁场强度高,通过改变永磁体的排列方式,可使金属液产生明显的三维流动,提高了搅拌效果,减少了搅拌时的气体卷入。
3.应变诱发熔化激活法(SIMA)
应变诱发熔化激活法(SIMA)是将常规铸锭经过预变形,如进行挤压,滚压等热加工制成半成品棒料,这时的显微组织具有强烈地拉长形变结构,然后加热到固液两相区等温一定时间,被拉长的晶粒变成了细小的颗粒,随后快速冷却获得非枝晶组织铸锭。
SIMA工艺效果主要取决于较低温度的热加工和重熔两个阶段,或者在两者之间再加一个冷加工阶段,工艺就更易控制。SIMA技术适用于各种高、低熔点的合金系列,尤其对制备较高熔点的非枝晶合金具有独特的优越性。已成功应用于不锈钢、工具钢和铜合金、铝合金系列,获得了晶粒尺寸20um左右的非枝晶组织合金,正成为一种有竞争力的制备半固态成形原材料的方法。但是,它的最大缺点是制备的坯料尺寸较小。
4.近几年开发的新方法
近几年来,东南大学及日本的Aresty研究所发现,通过控制合金的浇注温度,初生枝晶组织可转变为球粒状组织。该方法的特点是,不需要加入合金元素也无需搅拌。V.Dobatkin等人提出了在液态金属中加细化剂,并进行超声处理后获得半固态铸锭的方法,称之为超声波处理法,如图1所示。
图1超声波处理法示意图
5.4 成型方法
半固态合金成形方法很多,主要有:
1.流变铸造(Rheoforming, Rheocast)
将金属液从液相到固相冷却过程中进行强烈搅动,在一定固相分数下,直接将所得到的半固态金属浆液压铸或挤压成形,见图2。
图2 触变铸造工艺示意图
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