铝合金半固态加工理论与工艺(王平,刘静)思维导图

最后，对实验结果进行分析，并基于实验结果进行了理论研究，包括半固态 挤压成形工艺的理论基础、工艺优化方法和挤压力计算等。本次演示的研究成果 表明，铝合金半固态挤压成形工艺具有诸多优点，相比传统液态挤压成形工艺， 半固态挤压成形工艺可以获得更高的制品质量、更优的力学性能和更好的表面完 整性。因此，本次演示的研究为铝合金半固态挤压成形工艺的应用和推广提供了 理论支持和实践指导。
半固态铝合金的制备工艺
半固态铝合金的制备工艺主要包括熔炼、球磨、热处理等步骤。其中，熔炼 是制备半固态铝合金的关键步骤，需要将铝、铜、镁等合金元素熔化在一起，并 控制好熔炼温度和时间，以保证合金的成分和组织稳定性。球磨是制备半固态铝 合金的另一个关键步骤，通过将合金粉末进行球磨处理，可以细化合金的晶粒尺 寸，提高合金的力学性能。热处理则是为了进一步优化合金的组织和性能，使合 金达到最佳的使用效果。
(1)制品质量更稳定：由于半固态浆料具有较好的流动性和稳定性，使得模 具内的材料更加均匀，减少了流体流动和不稳定性对制品质量的影响。
(2)力学性能更优：半固态挤压成形过程中，材料在模具内可以迅速达到高 密度，同时由于半固态材料的特性，使得制品内部晶粒更细小，力学性能更优。
(3)表面完整性更好：由于半固态挤压成形过程中模具内的材料分布更加均 匀，减少了模具表面的摩擦和划痕，使得制品表面更加完整。
铝合金半固态挤压成形工艺及 理论研究
摘要
本次演示主要介绍了铝合金半固态挤压成形工艺及其相关理论研究。首先， 简要介绍了铝合金半固态挤压成形工艺的研究背景和现状，阐明了本次演示研究 的重要性和意义。其次，详细阐述了铝合金半固态挤压成形工艺的基本原理和流 程，包括铝合金半固态制备、挤压成形工艺及其原理。接着，介绍了实验方法， 包括实验材料、实验设备和实验过程。

合金制备方法 紊流效应法
紊流效应法和粉末法 研究开发之中，应用少。
半固态成形方法
➢流变成形 ➢触变成形
✓铸造成形 ✓锻造成形 ✓挤压成形 ✓轧制成形
流变触变成形工艺过程
成形方法
流变成形:利用经搅拌等工艺获得的近球 状晶半固态浆料，在保持其处于固液两 相区温度时直接进行成形。
➢ 流变压铸
➢ 流变锻造 ➢ 流变轧制
应变诱发熔化激活法
合金制备方法
合金制备方法
变形诱导熔化激活法 金属坯料纯净度高，生产效率较高。增 加了预变形工序，生产成本提高，且坯 料直径受到限制。是在实际备方法
倾斜体冷却法
合金制备方法
倾斜冷却体法 是一种从球形晶核形核和长大的热力学 和动力学条件着手（晶粒游离理论）的 浆料制备方法，装置简单，成本低、效 率高，占地面积小。搅拌和剪切作用弱。 特别适合于高熔点铁合金的半固态浆料 的制备。
《材料精确成形技术》 第十三讲
半固态成形技术
➢原理与工艺特点 ➢半固态合金制备方法 ➢半固态成形方法
技术的起源
1971年美国麻省理工学院的D.B.Spencer 和M.C.Flemings发明了一种搅动铸造 (stir cast)新工艺，用旋转双桶机械搅拌 法制备出Sn-15%Pb流变浆料。
工艺原理
工艺特点
➢ 生产成本低。成形温度低，近净成形节省能 源和节约金属；充型平稳、热负荷小，热疲 劳强度下降使模具寿命延长。
➢ 有利于制造金属基复合材料。利用半固态金 属的高粘度，使密度差大、固溶度小的金属 制成合金，可有效地使不同材料混合，制成 新的复合材料。
工艺特点
半固态合金制备方法
➢机械搅拌法 ➢电磁搅拌法 ➢应变诱发熔化激活法(SIMA) ➢喷射沉积法(Ospray)

叼 ・ 南 （） ６
（） １
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式 中： 为稠密度 ， 为剪切速率 ，ｎ Ｊ ｏ ｅ定律常数 。 Ｊｐｗ ｒ
式 中 ： 为散 度 ；“ ， 为速度矢量在 ， 方 向上 ， ，Ｙ
１ 基本假设与模拟计算基本 方程
１１ 基 本假 设 ． 根 据半 固态 铝合 金 的流变 特性 ，半 固态触 变成 形 过 程数值模拟 的一般假设 为闯 ：
还可 以预测铸件 的缩 孑 缩松 等缺 陷的位置及严 重程度 ， Ｌ 这对 提 高铸 件 质 量 、缩短 生 产 周期 、降 低生 产 成 本 、
指导 工程 技术 人员 采取 合理措 施 优化 工艺设 计具 有 重 要 的意义［ 。 基于牛顿流体流变成形过程 的数值模拟 已经非常成
（） 半 固态流 体 为 连 续且 不 可 压 缩 的 金属 流 体 ， １ 其 流动特性 由表 观粘度来 表征 ；
（）半 固态 浆料为均 匀单 相介质 ； ２ （）半 固态 坯 料为 等温 介 质 ，其 成 形过 程 中 的传 ３
Ｐ
．
【 （ ２ ）
示。压铸生产后要求机加 工 ，机加工表面无缩孔 、缩松
缺 陷，且铸件内外表面不许有气孑 、冷 隔和渣孔等缺陷。 Ｌ
在造 型软件 中完成 零件Ｃ Ｄ模型 的建立 ，并导人 Ａ Ｃ Ｅ 析 软件 Ｐｏａｔ 行 网 格划 分 和 分 析 ，见 图 ｌ。 Ａ 分 ｒｃｓ 进 ｂ 零件 材质为Ａ ５ ，模具 材料为４ ｒＭｏ ｉ 。然后 ，依 ３６ Ｃ ５ ＳＶ１
Ｏｃ ． ０ １ ｔ２ １
・
９０・ ８
Ｆ ＯＵＮＤＲＹ
。

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
● 流变注射成形
美国Concell大 学Wang K.K.等将 半固态金属流变铸
造同塑料注射成形
结合起来，形成了
一种称为流变注射
成形的半固态金属
成形新工艺，流变
注射成形机结构如
图1-3 Wang K.K.的流变注射成形机结构
图1-3所示。
1.金属液输入管 2.保温炉 3.螺杆 4.筒体 5.冷却管 6.加热 线圈 8.半固态金属累积区 9.绝热层 10.注射嘴 11.加热线
● 定义 半固态金属成形技术（Semi-Solid Metal Forming ,
简称SSM）是指将金属凝固过程中形成的树枝晶组织变为 球形晶粒，或者完全抑制枝晶生长，然后直接进行流变成形， 或者在制备得到半固态坯料后局部重熔和触变成形。
● 方法 ①流变成形(rheoforming)
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)；
圈 12.单向阀
流变注射成形的工作原理是：液态金属依靠重力从熔 化及保温炉中进入搅拌筒体，然后在螺旋的搅拌作用下冷 却至半固态，半固态金属液中注射装置注射成形，所有过 程在保护气氛下进行。
在流变注射成形过程中，温度控制精度很高，可高达 ±（0.5~1）℃，半固态金属固相分数fs为0.3~0.5。
该注射设备选用的材料性能要求较高，如高温耐磨、 耐蚀性能等，因此设备生产困难，此外，单螺旋杆搅拌产 生的剪切效率不高。
③ 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。

万方数据
（ａ）低倍显微组织
（ｂ）而倍里微组织
图４ 浇注温度为６０５℃时的ＺＬｌ０１铝合金的显微组织
因此，在ＺＬｌ０１合金液浇注时，随着浇注温度升
高，在激冷凝固过程中，枝晶有够的空间长大而不易
互相抵触，形成粗大的枝晶组织。当浇注温度较低时，
熔体中发生大量异质型核，由于熔液本身的局部能量起
伏在液相线温度附近波动，晶核间相互抑制长大，因此
［４］邢书明，谭建波，张海英，等．半固态合金流变成型工艺理论一第１ 部分：漉变充型理论［Ｊ］．特种铸造及有色合金，２００６，２６（３）：１６１—
１６５．
［５］ＣＨＩＡＲＭＥＴＴＡ Ｇ。Ｔｈｉｘｏｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｅｎｔｓ ［Ｃ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ４ｔｂ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｅｍｉ－ｓｏｌｉｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ Ａｌｌｏｙ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，Ｓｈｅｔｌｉｅｄ。Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｈｅｆｆｉｅｌｄ，１９９６．
文献标志码 Ａ 文章编号 ｉ００１—２２４９（２００９）０３—０２２７—０３
ＤＯＩ：１０．３８７０／ｔｚｚｚ．２００９．０３．０１１
２０世纪７０年代初由Ｆｌｅｍｉｎｇｓ等［１］首次提出的半 固态金属成形技术（简称ＳＳＭ），已经成为了一种重要 的近净成形技术，并得到了迅猛的发展［２￣９］。在半固态 金属非枝晶组织坯料的制备过程中，控制浇注温度是一 种新近开发的技术。一些研究表明，控制浇注温度可 替代机械搅拌和电磁搅拌用来生产具有非枝晶组织的 半固态坯料ｎ””］。与其他制浆方法相比，控制浇注温 度工艺方法具有降低成本、污染少、效率高等优点，因此 有必要对控制浇注温度制备非枝晶组织坯料及其形成 机理进行研究。本研究以ＺＬｌ０１铝合金为例，通过控 制浇注温度方法制备非枝晶组织坯料，探讨其形成机 理，为控制浇注温度制备半固态非枝晶组织浆料的深入 研究提供借鉴。

即：P=P1=P2=P3
相应的变形量 ε=ε1+ε2+ε3
P 1
P1 2 P2 3 P3
P
20
并联模型
并联模型就是将各简单模型
通过并联的方式连接起来
ε
由右图可以看出，如果并联 ε1 ε2
ε3
模型两端两端变形量ε，则每
1 23
个子模型变形量相等，都为ε。
即：ε=ε1=ε2=ε3
ε
相应的变形量 P=P1+P2+P3
29
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。
下，即产生连续不可 逆的变形当力消失， 粘性流体速度为0，流 动停止 模型：充满粘性流体 的活塞
18
3、圣维南塑性体 特点：载荷小于一定
值时，物体不变形 载荷大于一定值时， 才生不可逆变型 模型：摩擦块
19
串联模型
串联模型就是将各简单模型通过串 联的方式连接起来
由右图可以看出，如果串联模型两 端受力P，则每个子模型受到的力 相等，都为P。
第三章 金属半固态流变规律
1
内容
3.1流变学基础知识 3.2力学模型及数学模型的建立 3.3材料加工中得半固态流变规律
2
3.1流变学基础知识
搅动铸造制备的合金一般称为非枝晶组织合金或 称部分凝固铸造合金（Partially Solidified Casting Alloys）。

铝合金半 固态制坯方式众多 ， 但关 于半 固态坯料 球状组织形成 半 固态合金浆料。一些研 究者 通过研究 的其结构 ， 当浇注温度低 于 原理 的研究 ， 对半 固态坯料初生相形貌及各 工艺 条件 关系研究理论 定的温度时 ， 可 以获得球状半 固态组织 。当浇注温度接近液相线 严重不足 。这就影 响到铝合金半 固态加工技术的深入发展。研究球 温度时 ， 就会得 到球状颗粒 ， 在接近液相线温度下浇筑 ， 在较快 的平 状组织 的形成理论 ， 研究坯料 的初生相形貌 与各 工艺条件间的相互 均冷却 速度下浇筑会 引起 合金熔体流 动并导致溶 体大范 围凝 固形 影响作用 ， 能够推动半 固态铝合金加工技术 的发展 ， 对于新工 艺 的 成球状或者是粒状的颗粒组织 。在研究过程 中 ， 研究者采用 了控 制 结 晶法 ， 并配 置合适 的凝 固条件 ， 可以获得颗粒 圆整 、 分布均 匀 、 尺 创造 与新技术 的研发都具有积极的意义。 １关于初生球状组织形成机理的理论研究 寸细小 的半 固态合金 。 通过控制凝固工艺的参 数可以得 到较为理想 初生球状组织 的形成需要经历复杂 的过程 吗， 在这个过程 中需 的半 固态组织形貌。 在这种实践 中， 浇注温度控制是非常重要 的， 只 要经历多个复 杂的凝 固行为和多种流变特征。 虽 然相关研究者关于 有采用 接近液相线 温度浇注 ， 配 以比较低 的冷却速度 ， 才 能研制 成 初生球状组织形 成做 了很多研究 工作 ， 但 目前 ， 在这个 问题 上还存 功获得球状初生组织 。 些争议 。 这里研究实验条件下 ， 在不 同制备工艺作用下 ， 初生球状 另外 ， 有些研究 者在研究 双螺旋机 械搅拌 流变射铸 中 ， 也有 新 组 织 形成 的机 理 。 发现 ， 通过观测 技术 和淬 火金 相组 织分 析发现 ， 在 强烈机械搅拌 中， 第一 ， 枝 晶臂折断破碎机理。 在一定条件下 ， 半固态金 属组织形 合金 在凝 固过程 中可以看到有初 生球状体组织 产生 。通过实验 证 态会发生改变。 枝晶产生后 。 经过折断 、 破碎 、 球化形成这种组织 。 在 明 ， 适 当的搅 拌也可 以获得 球状组织 ， 这种 组织需要在较 高温度 下 半 固态金属 组织形成过程 中 ， 会受 到一种搅拌剪切力 的作用 ， 致使 产 生 ， 熔体 中初生 固相 的旋转运动对 晶体的产生 ， 对 于提高液 固界 枝晶之间发生碰撞 、 摩擦和剪切 ， 生成微 细颗粒 ， 或者枝 晶在液体流 面的稳定性 ， 保持球状组织的稳定 生长都有 积极 的作 用。 动作用下发生变化 ， 形成球状聚合体。但这种研究机制也存在一定 ３ 半 固 态 初 生 相 生 长 的 分 形 机 制 的不足 ， 难 以对这种组织形成的原因进行充分解释 。 第二 ， 正常熟化 半 固态合金 的初生 相形貌对半 固态加 工成形 性能 的高低有 着 引起的枝晶根部熔 断机理 ， 在正常熟化条件下 ， 枝晶臂从根部熔断 。 重 要的影响 ， 人们检验 半 固态合 金坯 料质量 ， 需要选 择哪种 合适 的 在搅拌作用 下 ， 初生枝 晶臂碎块 之间相互摩擦 和冲刷 ， 然 后又经 过 特 征量对其进行研究是需要考虑 的问题 。 半 固态初生相 的形状 由于 冷却形成了球状或者是 椭圆形状 的组 织。第三 ， 溶质扩散 引起 的枝 加 工条件 的不 同 ， 主要有球状形态 ， 蔷薇状 和树枝状 ， 检 测的主要参 晶根部重熔机理。液态金属 的流 动能够促 进溶 质快 速扩散 ， 在 溶质 数 是形状 因子、 圆形度 、 尺 寸大小 、 分布特点等 。凝 固组 织是研究合 扩散的过程 中， 会逐渐形成枝 晶颈缩 ， 使枝晶熔断 ， 在这个 过程 中熔 金材料优劣 的重要依据 ，但 因为合金 的凝 固组织具有不规则形 ， 又 断 的枝 晶与母晶粒相脱离 ， 能够形成新的晶粒。 在热对流条件下 ， 温 很 难测 量 ， 因此很难对合金品质进行有效的衡量。 度 的不 断变化能够使枝 晶颈缩熔断 的过 程加 速 ，增加 了枝 晶的断 分形理论 能提供 一种探索 无规则现象 的 内部 所 隐含的某 种规 裂， 从 而形成初生球状组织 。 另外 ， 关 于初生球状组织形成 的机理研 律和物理机 制的方式 和途径 ， 这种理论能够对不规则形 状的表征能 究还厚 很多 ， 比如 ， 枝 晶臂塑性弯 曲机理 、 晶界 浸润熔断机理 、 重结 量进行一定 的判断 ，能够 给人们判断合金 质量优劣 提供一 定的参 晶机制等等 。 相关研究还是相当丰富的。 通过上诉分析 ， 我们知道对 考 ， 因此 ， 可以从 分形 角度对半 固态初生 相的形貌特征进研究 ， 探究 于半 固态坯料球状组织形成研究 机制还是很多 的。 但我们必须要认 半固态球状 组织 的形成原理 。 Ｉ 识到 ， 虽然 这方 面的研究较多 ， 但 这些研究都是存在一定的争议 的， 尽管合金的凝 固组织看似 没有 一定 的规则性 ， 但无论其 状态如 关于初生相形貌和工艺条件之间的关系研究工作做的还不够好 ， 难 何变化 ， 都需要经过一个形核 、 核长大到晶粒产生 的过程 ， 在这个过 以满足半 固态加工技术发展的现实需要。 目前 ， 关 于球状 组织的形 程 中， 每个 晶粒都是彼此相似的 。从分形角度研究 半固态铝合金初 成机制 研究还处 于一 种探 索阶段 ， 相关研究 只有深入进去 ， 才 能真 生相的相貌特征是一 种重要 的方式 ， 可 以用分形维 数对 珠光体球化 正满足现实 的需要 。 金相组织进 行定量描述 ， 对其组 织进行研究 ， 这对分 析不规 则形态 ２ 初生球状 组织形成过程的控制研究 具有一定的表征能力 ， 这种理论对半 固态铝合金初 生相形貌 的演化 自从半 固态铝合金加工技术出现之后 ， 有很 多人 开始对这项技 研究有一定的启 发作 用。由初 生相 球化机理可 以得 出一个结论 ， 初 术进行 研究 ， 并做 了大量 的研 究工作 ， 提出 了很 多制 备具有球 状初 生相球化过程是经过一个形核 ， 原子扩散与聚焦 ， 成球 的过程 ， 这个 生 组织坯料 的方式 和途径 ，球状初 生组 织形成是需 要一定 的条件 过程不是瞬间实现的。 实际上 ， 合金凝 固组织具有分形特征 ， 这是人 的， 一般 而言 ， 这 种组织 的形成都是 通过搅动 、 强制对流 、 热处 理加 们利用分形维数表征半固态铝 合金 中的球状初生相提供 了可能 ， 也 变形 、 控制凝固等方式实现 的。 提供了理论基础 。 应用分形 方法对半 固态铝合金 中的初生相 的形貌 研究表 明低过热度浇 注和弱 电磁搅 拌技术可 以制备 出符 合流 变化规则进行研 究 ， 对其进行描述对 于有效把握其 初生相形貌形成 变成形所需要 的半 固态浆料 ， 浇注温度 和搅拌 功率对 晶粒的形貌和 规则有重要的意义。 尺寸都会产生一定的影响。研究 还表明 ， 控制浇 注温度或者是低温 参考文献 浇 注可 以生产 出 比在常规铸造温度 下具 有的树枝 晶组织更 为细小 『 １ １ ５ ０ ］ 政， 张嘉艺． 混沌对流 中不 同稀土元素对半 固态铝合金初 生相 形 的晶粒铸造材料 ， 通过重熔 处理和等温保 温处 理 ， 铸 态的显微 组织 貌研 究［ Ｊ ］ ． 机械 工程 学报 ， ２ ０ １ ６ （ １ ６ ） ． 会 发生一定 的变 化 ， 变 为球 状组织 。一些研究 者认为 ， 通过 浇注温 ［ ２ 】 唐晓龙． 浅析半 固态金属 材料 的制 备技 术『 Ｊ １ ． 世界 有 色金 属 ， ２ ０ １ ６ 度， 冷却速度 ， 适 当添加形核剂等 ， 就可 以制备 出具有球形初生相 的 （ ５ ） ．

D2、HS6-5-2高速工具钢、100Cr6钢、60Si2Mn弹簧钢、 AISI304不锈钢、C80工具钢、铸铁等
.
13
高熔点黑色金属半固态加工进展缓慢
• 选择的材料液固线温度区间较小； • 高温半固态浆料难以连续稳定地制备； • 熔体的温度、固相的比率和分布难以准确控制； • 浆料在高温下输送和保温困难； • 成形温度高，工具材料的高温性能难以保证等。
固态金属具有独特的非枝晶、近似球形的显微结构。球形组织的形成过
程？
.
15
球形结构的演化过程：
① 结晶开始时，搅拌促进了晶核的产生，此时晶核是以枝晶生长方式进 行的；
② 随着温度的下降，虽然晶粒仍然是以枝晶生长方式进行，但由于搅拌 的作用，造成晶粒之间互相磨损、剪切以及液体对晶粒剧烈冲刷，这 样，枝晶臂被打断，形成了更多细小晶粒，其自身结构也逐渐向蔷薇 形演化；
.ห้องสมุดไป่ตู้
14
2、半固态金属的组织特性、形成机理与力学行为
(1) 非枝晶的形成与演化
图7 Al-20Cu合金未搅拌和机械搅拌(流变铸造)状态的凝固组织
液体金属在凝固过程中搅拌且激冷，其结晶造成固体颗粒的初始形貌
呈树枝状，然后在剪切力作用下，枝晶会破碎，形成小的球形晶，图7
未常规铸造和半固态铸造的组织对比，可见利用流变铸造方法生产的半
.
图5 半固态金属变形时液8相 成分和固相成分的流动
与普通加工方法相比，半固态金属加工的优点：
①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；
②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；

注射成型知识思维导图
加工性质 成型变化
可塑、挤压、延展、可纺性 结晶、取向、降解、交联
Qs＝π 2 nh1D( D－h1 ) tan tan b ( ) tan＋tan b＋e
成型 理论
固体输送、熔融理论 流变性 工艺流程
塑 料 注 射 成 型 技 术
τ=η (dv／dr)n =η γn 材料干燥：PA、PC、PET、ABS、POM 准备 嵌件预热：PS、PC 料筒清洗：直接、间接换料
原料配方 原料预热 塑料耐热性
工艺参数
料筒 温度
制件后处理
喷嘴 温度
注射压力 塑化压力 注射速率 注射时间 调湿处理 退火处理
原料干燥
塑料流变性
模具 温度
保压压力 保压时间
塑料结晶性 冷却 时间
制品质量控制
喷嘴孔尺寸 塑化容量 模板平行度 油压稳定性 温控灵敏性 加料稳定性 喷嘴类型 锁模力 脱模斜度 浇口大小 排气不畅 冷却不均 流道过长 流道不平衡 嵌件设计 浇口位置 型芯娈形 厚薄不均 缺口尖角 形状太复杂 制品厚度
设备 选型
结构组成
注射系统 控制系统 开合模系统
料筒
模板、曲肘、拉杆
调模装置
链轮、齿轮、曲肘
模具 结构
单分型面温度调节系统 排气系统
型芯、凹模、镶件 主流道、分流道、浇口、冷料穴 导柱、导套 推杆、复位杆、推杆固定板、推板
塑料材料
Z 2＝
h1
A (2－ )
工艺 设计
工艺参数 设备参数
成型
合模、注射、保压（熔胶）、冷却、开模 制品退火：PS、PC 制品后处理 制品调湿：PA 合模、注射、保压（熔胶）、冷却、开模的P、Q、T 注射量≥制件总量30% Lmax=(3~4)hmax F≥KPcpA×10-3 喷嘴 螺杆 直通式；PVC、 PMMA、PC、PP 锁闭式：PA等 顶出装置 液压、气动、机械

重量 / kg
1~1.6 1.4~2.5 2.2~3.6 3~5.2 4.4~8 6~11
最大压射力 bar① 动态 1060 800 静态 2600 2000 1200 850 700 2700 1900 1580 920 700 600 2200 1650 1300 800 2000 动态 静态 动态 静态 动态 静态
半固态金属在充型流动时的特点与液态金属不同，半固态金属的
表观黏度比液态金属的黏度高的多，并且随着充性的进行，半固态金 属的表观黏度还在不断发生变化，因而其流动阻力较大。因此，为了
满足触变压铸的要求，所用压铸机应该具备以下功能：具有较高的压
射压力和增压压力，便于半固态金属充满型腔和获得较高的强度的压 铸件；具有实时数字化控制压射压力和压射速率的能力，可以任意改
13
（2）电磁搅拌式半固态浆料制备装置 从搅拌金属液的流动方式来分，电磁搅拌有三种形式：第一种是垂 直搅拌式，即电磁搅拌方向与铸坯的轴线方向平行；第二种是水平搅拌 式，即电磁搅拌方向垂直铸坯轴线，围绕铸坯轴线搅动；第三种是水平 与垂直式的组合搅动，如图4-7所示。
(a)垂直搅拌式
(b)水平搅动式
(c)螺旋搅动式
也容易形成很好的结合；
（6）当施加外力时，液相成分和固相成分存在分别流动的情况，通常， 存在液相成分先行流动的倾向和可能性；
（7）上述现象在固相很凉很高或很低或加工速率特别高的情况下都很难 发生，主要是在中间固相分数范围或地加工速率情况下显著。
图4-2 半固态金属和强化粒子(纤维)的搅拌混合
5
与常规铸造方法形成的枝晶组织不同，利用流变成形生产 的半固态金属零件具有独特的非枝晶、近似球行的显微组织结 构。由于是在强烈的搅拌下凝固结晶，造成枝晶之间互相磨损、 剪切，液体对晶粒的剧烈冲刷，这样枝晶臂被打断，形成了更 多的细小晶粒，其自身结构也逐渐向蔷薇形演化。而随着温度 的继续下降，最终使得这种蔷薇形结构演化成更简单的球行结 构，如图4-3所示。球行结构的最终形成要靠足够的冷却速率 和足够高的剪切速率。

将经过搅拌获得的半固态金属浆料保 持在其半固态温度条件下直接进行半固态 加工，称为流变铸造（Rheocasting）。
将半固态浆料冷却凝固成坯料后，再 重新加热到半固态温度，然后进行成形加 工，称为触变成形（Thixoforming）。
4.3.1 射铸技术(Thixomolding)
射铸技术主要应用于镁合金的流变压 铸，成形件为汽车、计算机和照相机零件 毛坯。
在固相分数不变时，表观粘度随转速 的增加而降低。对高粘度的部分凝固合金 的铸造特别有利。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ铸造在不断搅动条件下进行。要求在 流变铸造时保持一定的搅拌速度，使部分 凝固合金的表观粘度不致过高而无法进行 铸造。
（3）冷却速度对表观粘度的影响
不同冷却速度下ηa—fs曲线
（4）合金成分对表观粘度的影响
不同合金成分的ηa—fs曲线
普通铸造过程浇铸温度高于液相线， 合金以全液态形式浇入铸型，全液态金属 属于牛顿液体，粘度是一常数。不随切变 速率γ变化。
部分凝固合金属于非牛顿流体，属于 伪塑性体，粘度不是常数，随切变速率的 变化而改变。用表观粘度的概念表征非牛 顿流体。
表观粘度为：
ηa=τ/γ ηa为表观粘度，Pa·s； γ为切变速度，s-1；
一旦球形的结构生成。只要在液固区， 无论怎样升降合金的温度（不能让合金熔 化），也不会变成枝晶。
球形微粒的演化过程
固相微粒尺寸大小与冷却速度密切相 关，冷却速度越高，固相微粒尺寸越小， 冷却速度越低，固相微粒尺寸越大。
2.2.3半固态组织形成机理探讨
晶粒长大的初期，固相颗粒非常细小， 由于对熔体剧烈的搅拌，固相颗粒分散在 液相中，熔体以粥状形态存在，此时固相 颗粒基本是枝晶状的。
半固态触变成形示意图