铝合金半固态成形工艺的研究现状
作者：上海大学 余忠土 张恒华 邵光杰 许珞萍
新型的成形技术─―半固态成形
技术（SSM ）是一种近终成形（Near-net-shape ）的成形工艺。与传统的成形工艺相比，它有一系列突出的优点：成形温度低，成形件力学性能好，并较好地综合了固态金属模锻与液态压铸成形的优点。本文阐述了铝合金半固态成形技术的主要工艺方法，其工艺参数与传统液态压铸成形的差异，以及半固态成形件在不同状态下的力学性能
图1 半固态金属压铸流程图
20世纪70年代初，美国麻省理工学院Flemings 等人在实验中发现了半固态金属的流变性能，到70年代中期，Joly 等人进一步探索了半固态金属的这种性能，并出现了半固态金属加工的概念。所谓半固态金属加工技术即在金属凝固过程中，进行剧烈搅拌，将凝固过程中形成的枝晶打碎或完全抑制枝晶的生长，然後直接进行流变铸造或制备半固态坯锭後，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度，然後进行成形加工。铝合金的半固态加工技术主要有三道工序：半固态坯料的制备、二次重熔和触变成形。触变成形作为半固态加工技术的最後一道工序，是影响半固态成形件组织和性能的关键工序，直接影响着半固态成形件的组织和性能。自该技术被开发以来，已经历了30馀年的研究发展，并已召开了六次有关半固态的国际会议，发达国家已经进入生产实用阶段。因为半固态成形技术有一系列突出的优点：半固态金属成形技术具有高效、优质、节能和近终成形等优点，可以满足现代汽车制造业对有色合金铸件高致密度、高强度、高可靠性、高生产率和低成本等要求，因此倍受汽车制造厂商以及零部件配套生产厂商的重视。
半固态金属加工工艺
SSM成形是介乎铸造和锻造之间的一种工艺过程，是针对固、液态共存的半熔化或半凝固金属进行成形加工的工艺方法的总称，使用於很多常规的成形方法。半固态金属加工技术主要有两种工艺：一种是将经搅拌获得的半固态金属浆料在保持其半固态温度的条件下直接进行半固态加工，即流变成形（Rheoforming）；另一种是将半固态浆料冷却凝固成坯料後，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度，然後进行成形加工，即触变成形（Thixoforming），後者在目前的生产条件下占主导地位。目前，应用在工业上的半固态金属触变方法主要有：半固态压铸、半固态挤压、半固态模锻和半固态压射成形等。
半固态压铸工艺
半固态压铸工艺是目前半固态金属成形的主要成形工艺。典型的半固态压铸工艺流程图见图1。半固态铝合金压铸是将半固态坯料二次加热至坯料组织恢复到40％~60％球状初生固相颗粒和共晶液相共存的固液混合态，随即用夹持工具夹持到压铸机压射室中压铸成形，其主要的工艺参数包括压射比压、压射速度、压射时间、模腔温度以及留模时间等。
压射压比是压射室内半固态坯料所受的静压力，是半固态铝合金压铸最重要的工艺参数之一。由於半固态铝合金压铸时，坯料粘度较大，流动性较液态金属差，为了充分利用半固态铝合金坯料的流变性，在成形时，压射比压一般比液态金属压铸时高20％~30％。
压射速度为压射室内压塞的推进速度。由於半固态坯料具有一定的粘度，因此在低速压射阶段，其流动相对液态更平稳，也不存在液态金属压射时的喷射、紊流和卷气现象，因此该阶段的压射速度可比液态金属压铸时快，有利於提高充型速度，缩短充型时间，提高铸件表面质量。
压铸机的料缸尺寸应根据半固态坯料的大小来设计，由於半固态坯料在二次加热时表面有一层薄薄的氧化膜，为了除去这一层氧化膜，料缸的直径必须比坯料的直径稍小，并充分考虑半固态坯料在二次加热时的膨胀系数。料缸在压铸前要适当的预热，以保证半固态坯料压射前在料缸中不会冷却凝固，并保持稳定。除了要预热外，还要在料缸表面涂上一层润滑剂，以保证坯料不会和料缸表面粘在一起，但选择润滑剂时，要考虑其对半固态成形件性能的影响。半固态铝合金压铸时模具内的温度也比液态金属压铸时要高，且要求温度稳定，一般应控制在200℃~350℃。其型腔内浇注系统常采用开放式浇注系统、浇道流程
短、浇道位置不远离铸件。
留模时间是指半固态坯料被压入模腔直到模腔被打开时成形件在模腔所停留的时间。留模时间直接影响这成形件的冷却速度，以及铸件的组织状况。因为留模时间长，即更长的保压时间会使铸件中没来得及填充的部位在保压下由浆料来填充。但时间太长，则会引起粘模现象。
半固态金属锻造
半固态金属锻造与半固态金属触变压铸实质上并无明显差别，其主要不同之处在於前者是用半固态金属在锻造设备上加工成形。锻造半固态金属可以在较低的压力下进行，这使得一些传统锻造无法成形的形状复杂构件可以在半固态金属锻造方法来生产，其锻造设备可分为立式和卧式压力机两种。半固态锻造是将加热到半固态的坯料，在锻模中进行以压缩变形为主的模锻以获得所需形状、性能制品的加工方法。半固态锻造可以成形变形力较大的高固相率的半固态材料，并达到一般锻造难以达到的复杂形状。而且，可以用於制造用普通锻造难以成形的许多超合金，有可能用半固态锻造技术制造出特殊材料的耐热零件。锻造速度每秒几百mm到一千多mm，模压从几Mpa到十多Mpa，甚至更高。半固态锻造零件的总量可从20g~13.6kg，锻造速率可达120~360件/分，并能实现自动化。目前，已经利用半固态锻造技术进行了联轴节、齿轮等机械零件制造的研究。
半固态金属挤压成形
半固态挤压成形即将坯料加热到半固态，然後放入挤压模腔，用凸模施加压力，通过凹模口挤出所需制品。半固态坯料在挤压模腔内处於密闭状态，流动变形的自由度低，内部的固相、液相成分不易单独流动，除挤压开始时若干液相成分有先行流出的倾向外，在进入正常挤压状态後，两者一起从模口挤出，在长度方向上得到稳定、均一的制品。
其他半固态金属成形
除了上述半固态金属成形方法外，还有一些正处於开发状态下的半固体金属成形法：如半固态压射成形以及半固态铸造和锻造复合法等。
半固态成形件的力学性能
4 金属半固态加工 4.1概述 4.1.1半固态加工的概念与特点 4.1.1.1半固态加工的概念 传统的金属成形主要分为两类：一类是金属的液态成形，如铸造、液态模锻、液态轧制、连铸等；另一类是金属的固态成形，如轧制、拉拔、挤压、锻造、冲压等。在20世纪70年代美国麻省理工学院的Flemimgs教授等提出了一种金属成形的新方法，即半固态加工技术。金属半固态加工就是在金属凝固过程中，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(rheoforming)；如果将流变浆料凝固成锭，接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，这时的金属锭一般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，这种方法称之为触变成形(thixoforming)。半固态金属的上述两种成形方法合称为金属的半固态成形或半固态加工(semi-solid forming or processing of metals)，目前在国际上，通常将半固态加工简称为SSM(semi-solid metallurgy)。 就金属材料而言，半固态是其从液态向固态转变或从固态向液态转变的中间阶段，特别对于结晶温度区间宽的合金，半固态阶段较长。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。 凝固加工利用液态金属的良好流动性，以完成成形过程中的充填、补缩直至凝固结束。其发展趋势是采用机械压力替代重力充填，从而改善成形件内部质量和尺寸精度．但从凝固机理角度看，凝固加工要想完全消除成形件内部缺陷是极其困难的，甚至是不可能的。 塑性加工利用固态金属在高温下呈现的良好塑性流动性，以完成成形过程中的形变和组织转变。与凝固加工相比，采用塑性加工成形的产品质量明显好，但由于固态金属变形抗力高，所需变形力大，设备也很庞大，因此要消耗大量能源，对于复杂零件往往需要多道成形工序才能完成。因此，塑性加工的发展方向是降低加工能耗和成本、减小变形阻力、提高成形件尺寸精度和表面与内部质量。由此出现了精密模锻、等温锻造和超塑性加工等现代塑性加工方法。 半固态加工是利用金属从液态向固态转变或从固态向液态转变(即液固共存)过程中所具有的特性进行成形的方法。这一新的成形加工方法综合了凝固加工和塑性加工的长处。即加工温度比液态低、变形抗力比固 态小，可一次大变形量加工成形形 状复杂且精度和性能质量要求较高 的零件。所以，国外有的专家将半 固态加工称为21世纪最有前途的材 料成形加工方法。 图4-l表示金属在高温下 三态成形加工方法的相互关系。
表面工程技术 铝合金表面处理国内外研究应用现状Aluminum alloy surface treatment of domestic and foreignresearch and application status 学院名称：材料科学与工程学院 专业班级：复合材料1101 学生姓名：曹成成 学号：3110706055 指导教师：张松立 2014 年6 月
【摘要】综述了近年来铝合金表面改性技术取得的研究进展，介绍了镀层技术，转化膜处理技术、高能束表面处理技术等方法制备铝合金表面层的原理、特点及研究成果简要介绍了铝合金表面处理技术的新进展,重点介绍了铝合 金的阳极氧化、电镀、化学镀和微弧氧化、激光熔覆等工艺。 关键词:铝合金;表面处理;阳极氧化;电镀;化学镀;微弧氧化;激光熔覆 前言 铝是元素周期表中第三周期主族元素,为面心立方晶格,无同素异构转变,延展性好、塑性高,可进行各种机械加工。铝的化学性质活泼,在干燥空气中铝的表面立即形成厚约1～3 nm 的致密氧化膜,使铝不会进一步氧化并能耐水;铝是两性的,既易溶于强碱,也能溶于稀酸。铝在大气中具有良好的耐蚀性。纯铝的强度低,只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝合金。铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝中加入Mn、Mg 形成的Al-Mn、Al-Mg 合金具有很好的塑性和较高的强度,称为防锈铝合金,如3A21 ,5A05。硬铝合金的强度较防锈铝合金高,但防蚀性能有所下降,这类合金有Al-Cu-Mg 系如 2A11 ,2A12。Al-Cu-Mg- Zn 系为超硬铝,如7A04 ,7A09。新近开发的高强度硬铝,强度进一步提高,而密度比普通硬铝降低15 % ,且能挤压成型,可用作摩托车骨架和轮圈等构件。Al-Li 合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。通过在铝中加入3 %～5 %(质量分数) 的比铝更轻的金属锂,就可以制造出强度比纯铝高20 %～25 % ,密度仅2. 5 t/ m3 的铝锂合金。这种合金用在大型客机上,可以使飞机的重量减少5 t 多,而载客人数不减。 尽管铝合金材料具有密度小、热膨胀系数低、比刚度和比强度高等优点，但
科技广场２０１５．１２ ０引言 随着工业化向现代化高速发展，节能减重环保型材料需求量剧增。这种需求，使得铝合金的用量逐年增加。铝在地壳中的含量很高，在所有金属元素中排第一，其年产量大于其他有色金属年产总和，且铝合金质轻无毒性易回收利用，满足轻量化环保型合金的发展应用。铝合金密度低、比强度高、熔点低、铸造性能好、力学性能佳、加工性能好、导电性、传热性及抗腐蚀性能优良的特点使其广泛应用于交通运输、航海航天航空、化工工业、食品工业、电子通讯、复合材料、金属包装、建筑、输电行业、文体卫生等领域[1-2]。铝合金在所有金属材料中的使用排第二，仅次于钢铁[3]。由于冶炼铝生产工艺的优化以及技术水平的提高，降低了铝合金的成本，铝合金的应用越来越广泛。本文论述了铝合金的特点、分类、研究现状及应用，并提出铝合金未来研究方向。１铝合金的研究现状 铝工业的发展进程不到两百年，但因其密度小、易导热导电、耐蚀性好，且能与其他金属形成优质铝基合金，因此，铝合金发展迅猛并广泛应用于汽车、船舶、火车、飞机、炼钢等领域，成为国富民强的重要材料。根据成分和工艺不同，可将铝合金分为铸造铝 铝合金的研究现状及应用 ＳｔａｔｕｓＱｕｏｏｆＲｅｓｅａｒｃｈｉｎＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙｓａｎｄｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 白志玲 Bai Zhiling （六盘水师范学院，贵州六盘水553004） （Liupanshui Normal University，Guizhou Liupanshui553004） 摘要：铝合金具有密度低、力学性能佳、加工性能好、无毒、易回收、导电性、传热性及抗腐蚀性能优良等特点，在船用行业、化工行业、航空航天、金属包装、交通运输等领域广泛使用。本文叙述了铝合金的特点、分类，综述了铝合金的研究现状及应用，指出目前铝合金在发展中存在的问题，明确了铝合金的研究方向。 关键词：铝合金；研究现状；应用 中图分类号：TG146文献标识码：A文章编号：1671-4792（2015）12-0018-03 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Aluminum alloys have been widely used in marine,chemical industry,aerospace,metal packaging, transportation and other fields owing to their merits,such as low density,good mechanical property,good cutting property,non-toxic,recyclable,electrical conductivity,thermal conductivity,good corrosion resistance and so on. The paper introduces the characteristics and classification of aluminum alloys,as well as the status quo in its re-search and application,points out existing problems in the development,and puts forward directions for researches in the future. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Aluminum Alloys；Status Quo of Research；Application ★基金项目：六盘水师范学院高层次人才科研启动 基金（编号：LPSSYKYJJ201417）；贵州省科技厅联 合基金项目（黔科合LH字[2014]7460号） １８ DOI:10.13838/https://www.doczj.com/doc/5a5977772.html,ki.kjgc.2015.12.004
重庆科技学院 课程结业考试（论文）题目半固态镁合金成形技术概论 院（系）冶金与材料工程学院 专业班级材料工程技术08-02 学生姓名刘明强学号2008630578 任课教师孙建春职称讲师 评定成绩___ _ __ 评语： 年月日
半固态镁合金成形技术概述 姓名：刘明强学号：2008630578 摘要：半固态镁合金制备是在20世纪末新起的最新制备镁合金的技术，半固态技术被认为是21世纪最具发展前途的近终成形技术之一［1］。本文旨在为大家阐述半固态镁合金成形技术的基本概论，包括镁合金的相关阐述（性能、应用、加工技术等）；半固态成形技术的概念，半固态金属浆料的制备，以及半固态加工材料的制备技术等；重点是镁合金与半固态成形技术的结合，包括半固态镁合金浆料的制备，半固态镁合金材料的制备，半固态镁合金材料的热处理，半固态镁合金成形技术的国内国外现状和未来展望，同时阐述半固态镁合金制备的优缺点。 关键词：半固态、镁合金、浆料、半固态成形、流变成形 前言：镁及镁合金作为一种新型的应用材料，近年来已广泛应用于军用、民用领域，如在航空航天、航海、通信、医疗、广播电视、音响影像器材、微电子技术、光学仪器等领域内，在汽车、摩托车、工具、家电电器、手机、计算机及电子设备等制品中都可看到镁合金的终极，在炼钢脱硫、铝合金生产、防腐工程中都离不开镁原料。在汽车行业，上海汽车集团公司、一汽集团、东风汽车集团、江铃汽车公司等国内大的汽车公司均开始使用镁制零部件。根据相关研究，汽车单车自重没减轻100Kg，每百公里耗油可减少0.7L左右，每节省1L燃料可减少二氧化碳排放量 2.5g。而通过镁合金零部件的使用可有效的实现汽车轻量化目标。镁合金应用于交通工具，除减中和降低油耗，还可以提高整车加速、制动性能，还能降低行驶振动和噪声，提高舒适度，可以加快散热，使发动机的综合性能提高一个档次，具有良好的经济效益。 镁合金的半固态成形目前是各国研究的热点：Ya-no Ei ji等利用余热的冷却斜槽近液相线铸造或得了半固态AZ91D镁合金组织；J M Kim等利用两步加热法得到了半固态AZ91镁合金浆料；Czerwinski F开发了半固态加工与挤压、喷射成形结合在一起的心的镁合金加工技术，一Mg-9% Al-1%Zn为例分析力组织性能变化规律；Chen J Y和Fan Z研究了半固态浆料的流变模型；Koren Z等研究了AZ91和AM503镁合金半固态热压铸和冷压铸成形。［2］ 可以看到镁合金半固态的研究虽然很多，但主要之中在浆料制备、二次加热重熔、触变成形几个方面，仅有几个流变成形研究也只是在实验室，工艺还不成
中国铝合金压铸业的发展及现状 发表时间：2018-06-11T13:51:27.290Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第36期作者：沙雯雯 [导读] 我国压铸业的发展始于二十世纪九十年代，当时虽然还是一个新兴行业。 广东鸿图南通压铸有限公司 226300 摘要：近些年来随着科学技术的不断发展，越来越多的合成材料被铸造出来并被广泛使用，其中压铸铝合金便是其中的一种。我国的航空航天、各式各样的电子产品、无人驾驶汽车等技术目前正发展的如火如荼，而在这些领域里就要广泛用到压铸铝合金，因为压铸铝合金具有非常好的耐腐蚀性、良好的导电导热性、超高的强度以及易于铸造和加工的特性。俗话说的好有需求就会有供应，因此我国的压铸铝合金年产量增加了将近八分之一，在有色合金压铸件的产量里占据了十分之一的地盘。不过话又说了回来，科学技术的进步为该行业的发展带来了无限的机会，在科技的不断推动下我国的铝合金压铸件会造的越来越来好，规模越来越大，铸件越来越优。本文对铝合金压铸业的现状和发展做了一定的研究，以期能够帮助到需要的从行业者。 关键字：铝合金压铸业；发展；现状 引言 我国压铸业的发展始于二十世纪九十年代，当时虽然还是一个新兴行业，不过该行业的发展速度却非常之快，并且随着科学技术的不断发展和人们日常生活的需要，铝合金压铸行业的发展变得越来越好，铝合金压铸产品的种类变得越来越丰富，不同种类的合金正在悄无声息的改变我们的生活。 1我国压铸行业标准的发展历史 在此之前先介绍一下我国压铸行业标准的发展历史，在二十世纪六十年代我国的压铸工艺已经初具规模，注意，是压铸工艺而不是压铸行业，但并没有一套成型的压铸标准，只能参考原苏联的压铸标准；到了二十世纪七十年代才制定了HB5012—1974《铝合金压铸件》以及GB1173—1177—1974《铸造有色合金》等标准；经过十年的发展之后制定的JB3018—3072-82《有色压铸合金技术条件》以及 JB2702—80《锌合金、铝合金、铜合金压铸件技术条件》标准；到二十世纪八十年代末，我国该行业相关人士初步商定要制定一个更加成熟的行业标准；自此到1994年我国正式发布了包括GB/T15114—94《铝合金压铸件》、GB/T15115—94《压铸铝合金》等在内的七个用于压铸行业的标准；至2009年，最新版的国家推荐标准正式出台，即以GB/T15114—2009《铝合金压铸件》和GB/T15115—2009《压铸铝合金》这两个标准代替GB/T15114—94《铝合金压铸件》、GB/T15115—94《压铸铝合金》这两个标准。 2我国铝合金压铸行业的现状 压铸铝合金行业的发展始于二十世纪九十年代，具体来讲该合金的大量使用是在1914年之后，自此之后它便与我们的生活息息相关，其发展速度也得到了空前的提高。当然，压铸铝合金也有类别之分，按硬度来划分的话可以分为高强度和中低强度的压铸铝合金，按合金种类不同可以分为Al-Mg、Al-SiCu-Mg、Al-Si-Mg、Al-Zn、Al-Si-Cu等几大种类。接下来就挑几种压铸铝合金给大家简单介绍。 2.1 Al-Mg系合金 用Al和Mg制造而成的合金压铸件通常用来给一些具有较高防腐要求和需要特殊外观的压铸件，该合金兼具Al和Mg的优点，不仅强度高而且抗腐蚀性好，相较于其他的合金来讲阳极化处理及承受抛光的性能会好一些。不过这种合金的压铸难度会比较大，在压铸的过程中必须非常小心，否则很容易压铸失败。 2.2 Al-Si合金 相较于Al-Mg而言该合金的制造工艺就相对简单了许多，不过任何事情都是相对的，因为其制造起来比较粗糙所以不会用来做一些对需要超高精度的铸件，但是该材料也具有良好的耐腐蚀性，因此可以用来铸造一些对精度要求不太高以及零承重或者微承重的铸件。 2.3 Al-Si-Mg系及Al-Si-Cu系合金 由三种金属铸造而成的合金比前两类合金具有更优的性能。目前用三种金属铸造而成的合金已经在世界上广泛使用，足以见得该合金的性能十分出众，并且该合金的产出量也占得合金产出总量的十分之七。尤其是Al-Si-Cu的压铸合金，人们越来越多的关注到了这类合金。值得注意的是该类合金是最先用压铸方法制造的合金，可见其地位不一般。总体来讲合金具有单一金属所没有的优点，这也是为什么它能够取代单一金属的地位。 3我国铝合金压铸行业的发展 任何行业的发展都需要一个漫长的过程，都会从萌芽走向成熟，铝合金压铸行业的发展也是如此，在该行业的发展过程中，不同的时期会根据当时社会发展的现状和需要诞生不同的压铸技术。所谓的压铸技术就是利用高压将所需要的金属化成熔液然后根据需要压入不同的模具中的一种精密铸造法。利用压铸造出来的合金通常要比用普通方法铸造出的合金性能更优。目前世界上已经有多种压铸方法的出现，比较常用的有半固态压铸技术、真空压铸技术、挤压压铸技术等。 半固态压铸技术指的是在合金熔液将要凝固时对其进行搅拌使其变成浆料，再将这些浆料压铸成我们所需要的铸件。当前用到的两种常见的工艺分别是触变成型工艺和流变成形工艺。 顾名思义，真空压铸法即要将压铸模具中的空气抽空，使得模具内的气压降低，在模具内外压强差的作用下降合金熔液压入模具内，与此同时合金熔液会在压力的作用下做模具内凝固成型。用这种方法压铸而成的模具的密度比较大，不会存在较多的气孔。 挤压压铸技术可以说是一个非常全能的压铸方法了，它不仅能替代上述两种我们提到的压铸方法，更能替代其他更多的压铸方法，因此我国的许多企业已经将该种压铸方法用于实际生产当中。用挤压压铸技术铸造出的铸件力学性能较高，铸件十分紧凑。 4结语 从上文可以看出铝合金压铸行业的发展已经变得越来越成熟，各种各样的铝合金压铸产品也越来越多，随着人们对大自然的认识的不断加深，各种各样的金属也不断被发现，因此各种各样的合金也在不断的被研制出来，在不同的行业应用不同的合金对铝合金铸造业的发展乃至整个社会的发展都有一定的推动作用。与此同时我们也要不断探讨研究和改进各种合金的铸造方法，通过一次次的实验确定合金材
轻金属半固态模锻工艺研究 1、前言 20世纪70年代初，美国麻省理工学院研究人员发现，金属材料在凝固过程中施 加强烈的搅拌，可以打破传统的枝晶凝固模式，形成近球状的组织，从而得到一 种液态金属母液中均匀悬浮着一定球状或类球状初生固相的固—液混合浆料，即半固 态浆料，这种浆料具有良好的流变性和触变性，采用这种既非液态又非完全固态 的金属浆料跟常规加工方法如压铸、挤压、模锻等结合实现成形加工的方法称为 半固态金属加工(Semi-Solid Metal Processing，简称SSM)。从理论上讲，凡具有 两相区的合金及其复合材料均可以实现半固态成形加工。该方法之所以能够发展成 为一种先进的成形加工技术，完全基于半固态金属材料所具有的特殊流变学性能， 即触变性：当半固态金属坯料所受的剪切力不大时，坯料具有很高的粘度近似固态，可以方便地放置和搬运；而当受到较大剪切变形时，坯料便表现出较小的粘度可以 像液态一样随意流动成形。但是采用具有枝晶状初生相组织的固—液混合体成形加工时，由于枝晶状组织的相互搭结、缠绕，变形阻力大，流动性很差，固液相极易分离，产生严重的热裂与宏观偏析。因此，半固态金属成形具有多方面的优点：相对于 普通液态成形（如压力铸造或挤压铸造，）由于半固态浆料中已有一半左右的固相存 在而且温度低于液态金属近100℃，因此可以消除常规铸件固有的皮下气孔和疏松等 缺陷，而且模具寿命成倍提高；相对于常规固态成形（如模锻或挤压），由于半固态 浆料具有很好的流动性，因此变形抗力极低，可以一次加工成形复杂的零件，减少 了成形道次、模具投入及后续机加工量，而力学性能则与固态锻造相当。正是半固态金属锻造技术具有高效、优质、节能和近终成形等突出优点，可以满足现代汽车 制造业对有色合金铸件高致密度、高强度、高可靠性、高生产率和低成本等要求，因此倍受汽车制造厂商以及零部件配套生产厂商的重视。 半固态金属锻造与半固态金属触变压铸实质上并无明显差别，其主要不同 之处在于前者是用半固态金属在锻造设备上加工成形。锻造半固态金属可以在 较低的压力下进行，这使得一些传统锻造无法成形的形状复杂构件可以在半固 态金属锻造方法来生产，其锻造设备可分为立式和卧式压力机两种。半固态锻 造是将加热到半固态的坯料，在锻模中进行以压缩变形为主的模锻以获得所需
论文题目：铝合金中含铁相的研究现状和发展趋势 姓名：韩志强 班级：材硕1511 学号：1570388 2015/10/25
摘要 铝以及铝与其它元素所形成的铝合金具有优良的力学性能，在工业领域内得到了广泛的应用，一直以来在世界范围内备受瞩目。但由于工业上受到工艺及模具的限制，从熔炼到成形的过程中很容易引进杂质元素，从而使其在某些领域中的应用受到了阻碍。 在众多杂质元素中，对铝合金组织及力学性能影响最大的是铁元素。它一直被人们当做合金中的有害元素，铁极难溶于铝中，共晶点的铁含量为 1.8%，不会固溶超过1.9%，超过这个数值，铁会与铝化合成一种中间相，该相组织粗大，尖锐，会影响合金总体的力学性能。 硅同样被认为是合金中的另一种杂质元素，合金中的这两种杂质元素容易形成金属间化合物，分别形成常见的两种相，即β-铁相和α-铁相。 铝合金质量轻，延展性好，大量使用，铝铁合金除了自身优点外，还具有其它的优良性能，良好的耐腐蚀性能、极好的耐磨耐硬和高强度等，使其在工业领域内的关注度逐渐上升。 研究表明富含铁相的铝合金经过变形后再进行T6热处理会发生性能降低的反常现象。 关键词：铝合金；铁元素；硅；热处理
Abstract Aluminum and aluminum alloys of aluminum and other elements formed have excellent mechanical properties, in the industrial fields has been widely used, it has been well received around the world. However, due to limitations on the process and die by the industry, from smelting to the molding process it is very easy to introduce impurity elements, making it apply in some areas has been hampered. Among impurity elements in aluminum alloy microstructure and mechanical properties of greatest impact is iron. It has been known as the harmful elements in the alloy, iron extremely difficult to dissolve aluminum and iron content of the eutectic point of 1.8%, not a solid solution over 1.9%, more than the value of iron and aluminum will synthesize an intermediate phase which organization coarse, sharp, it will affect the mechanical properties overall. Silicon alloy is also considered to be another impurity element, the alloy impurity elements both easy to form inter metallic compounds were formed common to both-phases, phase and α-iron β- iron phases. Lightweight aluminum quality, scalability, extensive use of aluminum alloy in addition to its own merits, but also has other excellent performance, good corrosion resistance, excellent wear resistance and high strength hard to make it in the field of industry attention gradually increased. Studies have shown that iron-rich phase deformation of aluminum alloy after T6 heat treatment and then be-reduced performance anomalies occur. Key words: aluminum alloy; iron; silicon; heat treatment
铝合金半固态成形工艺的研究现状 作者：上海大学 余忠土 张恒华 邵光杰 许珞萍 新型的成形技术─―半固态成形 技术（SSM ）是一种近终成形（Near-net-shape ）的成形工艺。与传统的成形工艺相比，它有一系列突出的优点：成形温度低，成形件力学性能好，并较好地综合了固态金属模锻与液态压铸成形的优点。本文阐述了铝合金半固态成形技术的主要工艺方法，其工艺参数与传统液态压铸成形的差异，以及半固态成形件在不同状态下的力学性能 图1 半固态金属压铸流程图 20世纪70年代初，美国麻省理工学院Flemings 等人在实验中发现了半固态金属的流变性能，到70年代中期，Joly 等人进一步探索了半固态金属的这种性能，并出现了半固态金属加工的概念。所谓半固态金属加工技术即在金属凝固过程中，进行剧烈搅拌，将凝固过程中形成的枝晶打碎或完全抑制枝晶的生长，然後直接进行流变铸造或制备半固态坯锭後，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度，然後进行成形加工。铝合金的半固态加工技术主要有三道工序：半固态坯料的制备、二次重熔和触变成形。触变成形作为半固态加工技术的最後一道工序，是影响半固态成形件组织和性能的关键工序，直接影响着半固态成形件的组织和性能。自该技术被开发以来，已经历了30馀年的研究发展，并已召开了六次有关半固态的国际会议，发达国家已经进入生产实用阶段。因为半固态成形技术有一系列突出的优点：半固态金属成形技术具有高效、优质、节能和近终成形等优点，可以满足现代汽车制造业对有色合金铸件高致密度、高强度、高可靠性、高生产率和低成本等要求，因此倍受汽车制造厂商以及零部件配套生产厂商的重视。
铝合金的研究现状及其在航空航天的深远发展 *** 南昌航空大学飞行器工程学院 摘要：作为地壳含量中最多的金属，凭借自身的优越的化学性质，使得它在现实生活中得到广泛应用，除了生活中常见的铝合金窗户，门等普通一般的工具。随着社会的发展和技术的提高，科学家们对铝合金的研究越来越深入，越来越透彻，其在先进领域方面的应用也越来越广泛，不管是航空还是航天，我们都可以看见它的影子。但这远不是对铝合金研究的结束，而是开始！ 关键词：铝合金、现状、航空航天、深远发展。 1、引言：以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝，原子序数为13，原子量为26.98，原子体积为(立方厘米/摩尔)：10.0，面心立方结构，熔点660℃，密度2.702，地壳中含量（ppm）：82000 。纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm3），大约是铁的1/3，但强度比较高，接近或超过优质钢，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%），易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，退火状态σb 值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。铝合金的主要分类，包括以下九种：一系:1000系列铝合金代表1050、1060 、1100系列。在所有系列中1000系列属于含铝量最多的一个系列。纯度可以达到99.00%以上。由于不含有其他技术元素，所以生产过程
比较单一，价格相对比较便宜，是目前常规工业中最常用的一个系列。目前市场上流通的大部分为1050以及1060系列。二系:2000系列铝合金代表2024、2A16（LY16）、2A02（LY6）。2000系列铝板的特点是硬度较高，其中以铜原属含量最高，大概在3-5%左右。2000系列铝棒属于航空铝材，目前在常规工业中不常应用。三系:3000系列铝合金代表3003 、3A21为主。我国3000系列铝板生产工艺较为优秀。3000系列铝棒是由锰元素为主要成分。含量在1.0-1.5之间，是一款防锈功能较好的系列。四系:4000系列铝棒代表为4A01 4000系列的铝板属于含硅量较高的系列。通常硅含量在4.5-6.0%之间。属建筑用材料,机械零件,锻造用材,焊接材料;低熔点,耐蚀性好，产品描述: 具有耐热、耐磨的特性。五系:5000系列铝合金代表5052、5005、5083、5A05系列。5000系列铝棒属于较常用的合金铝板系列，主要元素为镁，含镁量在3-5%之间。又可以称为铝镁合金。主要特点为密度低，抗拉强度高，延伸率高，疲劳强度好，但不可做热处理强化。在相同面积下铝镁合金的重量低于其他系列.在常规工业中应用也较为广泛。在我国5000系列铝板属于较为成熟的铝板系列之一。六系:6000系列铝合金代表6061 主要含有镁和硅两种元素，故集中了4000系列和5000系列的优点6061是一种冷处理铝锻造产品，适用于对抗腐蚀性、氧化性要求高的应用。可使用性好，容易涂层，加工性好。七系:7000系列铝合金代表7075 主要含有锌元素。也属于航空系列，是铝镁锌铜合金,是可热处理合金,属于超硬铝合金,有良好的耐磨性.也有良好的焊接性，但耐腐蚀性较差。目前基本依靠进口，
铝合金材料的现状与发展趋势 发表时间：2018-09-11T11:22:54.293Z 来源：《新材料.新装饰》2018年3月上作者：佟有志 [导读] 我国当前国民经济的飞速发展，刺激更多的基础行业加快发展步伐。随着国际形势的严峻挑战，重视工业生产及其材料装备的工作任重道远 （东北轻合金有限责任公司，150060） 摘要：我国当前国民经济的飞速发展，刺激更多的基础行业加快发展步伐。随着国际形势的严峻挑战，重视工业生产及其材料装备的工作任重道远。铝合金作为一种重要的战略合金金属，在航空、航天、船舶、民用建筑、医疗以及军事工业等众多行业中得到广泛应用推广，已经变得不可替代。当前我国对高强铝合金的热处理技术研究距离国际最先进水平尚有进步空间，从业工作者应该积极探讨如何运用热处理技术来提供铝合金的材料性能，实现技术创新，为我国的重工业发展提供良好的物质基础。 关键词：铝合金材料；现状；发展趋势 1 铝合金概述 铝合金材料具有优良的性能，仅次于银、铜和金。它的抗大气腐蚀和加工性能也非常好，除此之外，它还有快速的冷冻成型和切削性能及铸造的优越性能。铝合金材料具有良好的导热性能，可以通过化学的方法将铝合金的热能转化为物理的机械性能和良好的腐蚀性能。按纯铝分类为高纯铝、工业高纯铝和工业纯铝。高纯铝的纯度为99%，主要用于制造电容器、铝箔、包铝以及熔炼铝合金。按变形铝合金的种类划分可以分为铸造铝合金材料、抗腐蚀性防锈铝合金材料及坚固的硬性铝合金材料。 2 铝合金材料在线缆行业的应用分析 2.1铝合金材料代替铜芯成为电线电缆生产企业的新宠 从铝合金材料的生产成本和它的应用范畴的来看，对未来电缆行业发展都有极大的发展潜力，在未来的几年里，铝合金很有可能成为电线电缆生产企业的新宠。从市场铜的价格趋势来看，铜材料的价格十分昂贵，加上各地越来越多的电网兴建给铝合金的发展带来了机会，也能让电线电缆企业找到更合适的电缆材料，同时也有效的解决对铜材料的过渡依懒性。首先，我国是个人口大国，国内资源有限，特别是铜矿资源，再加上这几年铜的价格不断上升却不减的局面，令众多的电线电缆企业发展十分艰难，随着电缆电线的生产本不断增加，电缆企业的利润越来越少，一些企业开始为了盈利不择手段，在铜材方面动脑筋，参杂质量，造成破坏铜等现象在业内比比皆是。 2.2有希望打破电线电缆生产企业唯“铜”是从的问题 随着电线电缆行业和铝合金材料的不断优化和拓展运用，铝合金材料将有希望打破电线电缆生产企业唯“铜”是从的难问题。近几年来，由于人类不合理的活动导致自然环境不断恶化和自然资源匮乏，若不能及时的研发和创新出新型的材料代替自然资源材料，那国家将面临自然资源的匮乏和环境不断恶化的严重问题。我国电线电缆行业的材料在过去的十几年至今仍依赖于铜材料，而我国对于铜资源的占有量是非常少的。随着铝合金材料的不断优化和发展及自身的优越性能，一些线缆企业越来越重视铝合金材料在线缆输电的应用。这有效的解决了电线电缆企业唯铜是从的难问题。铝合金材料通过复杂的化学和物理变化等一系列的处理之后而形成新的铝合金材料，新的铝合金材料比原来的铝合金材料在性能上有所改变了很多，比如铝合金的导热性能和抗腐蚀性能及柔韧性能等都增强了。新的铝合金材料由于性能增强而有效的避免了纯铝导体电缆连接不稳定和机械性能低的问题。与传统的钢材料对比，铝合金的导电性和安全性及各种性能都不弱于铜材料的电缆。铝合金材料和铜材料在性能上相比较有突出的优势。而合金电缆在成本上相对于铜芯电缆来说优势明显。另外，铝合金和铜材料的导电性一样的时候，铝合金材料电缆的重量比铜芯材料电缆的重量轻了许多，所以在电线电缆的安装工程中有一定的优越性，成本也有所降低。 2.3铝合金备受国外电线电缆生产厂家和市场的亲睐 在去年亚洲高端电线电缆峰会上，铝合金材料在未来线缆行业的运用引起大家的备受关注和讨论，由此可见，铝合金电缆越来越来受到关注，它的用途也将会重新被发掘和开发广泛应用。在国外，铝合金在电线电缆行业的应用是非常广泛的，并且有着一定的历史。就拿美国和加拿大这两个发达国家来说，铝合金材料在线缆行业的应用就有长达40年的历史。 综上所述，从铝合金材料自身的优越和国家的政策，特别是这几年环境和资源问题的出现，全世界都在关注和寻找能够与自然和谐发展的资源。环保、节能和再利用的资源已备受社会得重视和研究都将给铝合金的发展带来契机。 3 铝合金材料在其他行业的发展前景 3.1在汽车行业的发展 随着汽车行业的迅速发展，对材料的要求也越来越高。而铝合金材料的不断优化和自身优越性能的优势，在汽车行业的应用也越来越广泛。传统的汽车制造材料多为钢材，其结构和重量都很不理想，而铝合金质量轻和高强度等优越性能为汽车提供了优良的材料，为铝合金应用领域的扩展提供了可能。 铝合金新型材料的硬度高，柔韧性好及耐腐蚀性的优良性能。钢铁在公共设施场所中的护栏抗氧化和空气能力非常差，也经不起太阳和风雨的侵蚀，容易生锈腐蚀，而铝合金材质的护栏拥有优良的抗腐蚀性能就可以很好的解决护栏生锈的问题，同时有效的解决了经常维修和成本贵的问题。铝合金材料金属制成的产品在外观上还具有形式美和强烈的立体感，视觉冲击力也很强。铝合金材料具有良好的腐蚀性能，在交通护栏和汽车等行业逐渐广泛应用。 3.2在热交换器应用的发展 热交换器的使用在我国已有一定的历史积淀，它是一种结合铝合金材料生产出来的高性能产品。在日常生活也非常常见，一般的汽车换热器、家电散热和集热产品内部零件便是用铝合金材料制成的。热交换器用铝合金材料是通过的轧制复合方法制备而成，铝合金材料的加工工艺在我国国内当时来说是没有出现的，所以这是首创，并且东北轻合金有限责任公司“汽车换热器用铝合金复合箔的研制”项目在2001年荣获了国家科学技术进步奖二等奖。 3.3稀土铝合金的发展 稀土铝合金材料是在现代发展起来的新型金属制品。由于稀土元素（如锆、钪、铒等）加入铝合金中起到了良好的改性作用，显著提
收稿日期:2005211228; 修订日期:2005212226 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目 (2002AA336080) 作者简介:徐 骏(19542 ),江苏镇江人,博士,教授.从事金属半固态加工技术研究. Vol.27No.3Mar.2006铸造技术 FOUNDR Y TECHNOLO GY ?有色合金及其熔炼 Non 2ferrous Alloy and Its Smelting ? 新型半固态铝合金的设计与优化研究 徐 骏1,王海东1,2,张志峰1,杨必成1,田战峰1,石力开1,韩静涛2 (1.北京有色金属研究总院国家有色金属复合材料工程技术研究中心,北京100088;2.北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083) 摘要:结合半固态加工基本原理,利用热力学计算方法,设计出了新型半固态铝合金,主成分为Al 26%Si 22%Mg ,并利用实验方法优化选择了微量元素Zr 、Sr 。结果显示:Zr 元素具有明显的细化晶粒作用,Sr 元素的加入具有改善共晶硅形态的作用。合金中Zr 含量为0.10%～0.14%、Sr 含量为0.02%～0.04%的新合金AlSi6Mg2,表现出良好的半固态组织和力学性能。关键词:铝合金;半固态;合金设计 中图分类号:T G146.2+1 文献标识码:A 文章编号:100028365(2006)0320249203 De s i g n a n d Op ti miz a ti o n of A d v a nc e d S e mi 2s oli d Al u mi n u m All o y XU Jun 1,WANG H ai 2dong 1,2,ZHANG Zhi 2feng 1,YANG Bi 2cheng 1,TIAN Zh an 2feng 1,SHI Li 2k ai 1,H AN Jing 2tao 2(1.N ational E ngineering R esearch Center for Nonferrous Metal Composites ,B eijing G eneral R esearch Institute for Nonferrous Metals ,B eijing 100088,China ;2.School of Materials Science and E ngineering ,U niversity of Science and T echnology B eijing ,B eijing 100083,China) Abs t rac t :A main component Al 26%Si 22%Mg of an advanced semi 2solid aluminum alloy was de signed by thermodynamic calculations with the consideration of the basic principle of semi 2solid proce ssing (SSP ).Tiny Zr and Sr addition were selected by optimizing experiment methods.Re sults show that the new alloy AlSi6Mg2with 0.10%～0.14%Zr and 0.02%～0.04%Sr has good micro structure and mechanical propertie s in SSP. Ke y w ords :Aluminum alloy ;Semi 2solid ;Alloying de sign 半固态加工技术是极具潜力的近终成形技术之一[1,2]。目前,国内关于半固态加工技术的研究主要集中在对其工艺技术本身的研究上,采用的材料多为传统铸造铝合金,如A356、A357。由于传统铸造铝合金的局限性,使其并不能充分发挥半固态加工技术的优势,因而限制了半固态加工技术在工业上特别是汽车零部件制造业上的推广和应用。针对这一情况,研制开发出能充分发挥半固态加工技术特点,又具有市场应用前景的的半固态专用铝合金具有很大的现实意义[3,4]。本文以Al 2Si 2Mg 系作为研究对象,利用热力学计算设计出新型半固态铝合金的主成分为Al 26%Si 22%Mg ,并实验优化选择了微量元素Zr 和Sr 。1 新型半固态铝合金主成分设计1.1 新合金设计的基本条件 为了获得适合半固态加工成形的新合金,在合金设 计时需要根据半固态加工成形的特点来考虑新合金应 满足的基本条件[4]:①合适的固2液相温度区间ΔT S -L ,在参照常用铸造和变形铝合金固相线与液相线数据的 基础上,设定30℃≤ΔT S -L ≤150℃,以利于半固态初生相形成和固相体积分数的控制;②固相分数f S 对温度的敏感性,如果固相分数对温度的敏感性太高,温度的微小波动就会引起固相分数较大的变化,这将会使加工过程难以控制,并导致最终产品的质量不稳定。为此,在合金设计时设计固相分数随温度的变化率df S / d T ≤0.015;③Mg 2Si 是Al 2Si 2Mg 系主要的强化相,在 合金设计时应有尽可能多的析出量,使合金具有良好的热处理强化能力,以获得高性能的半固态零部件。1.2 热力学计算与设计结果 根据新合金设计的基本条件,采用国际通用的Thermo 2Calc 软件对Al 2Si 2Mg 系合金进行了计算。 表1是影响半固态加工主要参数的计算结果,其中列出了商用铝合金A356、A357及6061的相关参数,以便于比较。新合金具有合适的液相线温度,液固相温 度区间ΔT S -L =58.5℃,满足合金设计的基本条件。在计算d f S /d T 时,分2种情况:f S =0.3和f S =0.6 ? 942?
铝合金在高速铁路上的应用现状及发展趋势 摘要：铁路运输是我国主要的交通运输方式，在国民经济中起着非常重要的作用。而铁路车辆是铁路运输中直接载运旅客和货物的工具，是铁路中的一个主要环节，随着社会的进步，运输对车辆的要求越来越高。车体作为车辆的一个主要部件，其轻量化设计就成为一个关键的问题。高速列车的轻型化对于发展交通运输、改善机车车辆运行平稳性、降低能源消耗、减少轮轨磨耗都是至关重要的。当今世界上，大多数发达国家采用铝合金为材质制造车体结构，介绍目前国内外铁路运输中铝材的应用优势及其主要障碍，通过使用铝材来代替传统的钢铁材料，可大大减轻自重以降低能耗、减少环境污染、提高经济性。并对铝材的发展趋势做了猜测。 关键词铝合金；现状；发展趋势 1引言 铁路运输工业正面临越来越严重的三大课题：能源、环保、安全。减轻火车自重以降低能耗，减少环境污染，节约有限资源已成为火车运输关注的焦点。轻量化是火车发展的一个重要趋势，通过使用轻质材料来替代传统的钢铁材料，可以减轻火车的质量，以达到节省燃料的目的。因此，越来越多的轻质或高比强度的材料受关注，如板、铝合金。本文就高速铁路客车用铝合金材料的现状及发展趋势做些讨论。 2铝合金的特点及其应用优势 2.1铝合金的特点 铝的密度小，仅为2.7（属轻金属），约为钢的1/3。由于铝的表面易氧化形成致密而稳定的氧化膜，所以耐蚀性好。铝有较好的铸造性，由于铝的融化温度低，流动性好，易于制造各种复杂外形的零件。铝中加入一种或几种元素后即构成铝合金，铝合金相对于纯铝可以提高强度和硬度，除固溶强化外，有些铝合金还可以热处理强化，使有些铝合金的抗拉强度可超过600MPa，与低碳钢相比，比强度则胜过某些合金钢。铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。 铝合金仍然保持了质轻的特点，但机械性能明显提高。铝合金材料的应用有以下三个方面：一是作为受力构件；二是作为门、窗、管、盖、壳等材料；三是作为装饰和绝热材料。