・５７２・ 铸 造 ＦＯＵＮＤＲＹ Ｊｕｎ．２００７ Ｖ０１．５６ Ｎ０．６
半固态成形轻合金的发展状况
赵大志，路贵民 （东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室，辽宁沈阳１１０００６） 摘要：半固态成形技术以其高效、节能、近净形生产以及成形件性能高等诸多优点，已成为２１世纪最具发展前景的金 属成形工艺之一，但是半固态成形轻合金应用品种的局限性，制约了半固态成形技术的发展。文中介绍了国内外半固 态成形轻合金的研究、应用状况以及新型半固态轻合金的设计开发，并分析了半固态成形轻合金的发展前景。 关键词：半固态成形；轻合金；合金设计；发展状况 中图分类号：ＴＧ２５０．６；ＴＧ１４２．７２文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４９７７（２００７）０６—０５７２—０６
Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ Ｓｔａｔｕｓ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ａｌｌｏｙｓ ｆｏｒ Ｓｅｍ ｉ—Ｓｏｌｉｄ ＦＯｒｍ ｉｎｇ ＺＨＡＯ Ｄａ－ｚｈｉ．ＬＵ Ｇｕｊ－ｍｊｎ （Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １ ０００６，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ，ｎｅａｒ ｎｅｔ－ｓｈａｐｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｅｔ ａｌ，ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｓｅｍｉ－ｓｏｌｉｄ ｍｅｔａｌ ｆｏｒｍｉｎｇ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｍｅｔａｌｉｎ ２１ ｃｅｎｔｕｒｙ．Ｂｕｔ ｔｈｅ ｌａｃｋ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｓｅｍｉ－ｓｏｌｉｄ ｌｉｇｈｔ ａｌｌｏｙｓ ｆｏｒ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｒｅｓｔｒｉｃｔｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｓｅｍｉ－ｓｏｌｉｄ ｍｅｔａＩ ｆｏｒｍｉｎｇ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．ｉｔ ｉＳ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｍｉ－ｓｏｌｉｄ ｌｉｇｈｔ ａｌｌｏｙｓ，ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗ ｌｉｇｈｔ ａｌｌｏｙｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｐｒｏｓｐｅ￣ ｏｆ ｓｅｍｉ－ｓｏｌｉｄ ｌｉｇｈｔ ａｌｌｏｙｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｋｅｙ ＷＯｒｄｓ：ｓｅｍｉ—ｓｏｌｉｄ ｆｏｒｍｉｎｇ；ｌｉｇｈｔ ａｌｌｏｙｓ：ａｌｌｏｙｓ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ；ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ 在金属半固态成形时，由于成形温度处于固、液 两相区内，且初生固相的形貌通常以近球状的非枝晶 组织悬浮在液相基体中，使熔体在成形过程中具有良 好的流变性和触变性，通常适用于具有较宽固液两相 区的合金体系，如铝合金、镁合金、铜合金、锌合金 以及镍基合金、钢铁类合金等。金属半固态成形不仅 结合了液态和固态金属成形的优良品质，兼有液态金 属成形的易成形性和固态金属成形的高品质性，而且 部分产品的性能会接近甚至于达到塑性变形成形产品 的性能，拓展了合金的成形应用范围。本文旨在综述 国内外轻合金半固态成形技术研究应用、新型半固态 轻合金的设计开发工作的基础上，对轻合金半固态成 形技术的发展提出一点初浅的看法。 １ 轻合金的半固态成形研究现状 １一铝合金的半固态成形 ２０世纪７０年代，Ｆｌｅｍｉｎｇｓ和Ｒｉｅｋ等【 卅采用机械搅拌 的方法对Ａ３８０铝合金和９０５铜合金的半固态流变成形 进行了研究，获得了组织较为致密的成形件，并发现 成形件的致密度随半固态浆料固相分数的提高而提高， 同时研究了半固态ＡＩ．６．５％Ｓｉ合金表观粘度与剪切速率 之间的关系以及初生相组织结构的演变，由此打开了 对半固态金属流变和触变特性研究的先河。 由于半固态成形技术所具有的技术优势和广阔的 应用前景而倍受人们的关注。经过多年的研究和发展， 半固态制浆及成形技术得到了迅速的发展并日渐成熟， 已在工业领域得到应用，其中最具有代表性的是 Ａ３５６、Ａ３５７合金，其半固态成形件经过热处理后具有 相当优异的力学性能，已被应用于汽车结构件的生产。 但多年来半固态制浆及成形技术的研究主要集中在具 有宽凝固区间的传统铸造ＡＩ、Ｍｇ合金系领域，并且多 以工艺和设备开发为主。随着研究工作的进展和人们 对金属半固态成形技术认识上的不断深入，研究领域 也不断拓展，人们试图拓宽半固态成形合金的品种， 开发出新型的半固态合金，以进一步提高产品性能， 深入探讨半固态浆料制备、二次加热重熔、触变（流 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０６７４０３２）；教育部博士点基金资助项目（２００５０１４５００７）；国家教育部新世纪优秀人才支持计划资助 ‘ （ＮＣＥＴ．０４．０２７９）。 收稿日期：２００６２１０－２３，￣到初稿，２０ｏ７＿ｏ１＿ｏ８收到修订稿。 ● 作者简介：赵大志（１９７０－），男，大连人，博士研究生，主要从事金属半固态技术的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｄｚ＠１２６．ｃｏｒｎ
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半固态金属成形技术的应用
作者：徐萍
来源：《十堰职业技术学院学报》2011年第04期
[摘要]半固态金属成形是一种新型的金属加工工艺，本文介绍了半固态金属成形技术的特点及在国内外的发展与应用现状，并展望了半固态成形技术的发展方向和应用前景。
[关键词]半固态金属；触变成形；流变成形
[中图分类号]TG249
[文献标识码]A
[文章编号]1008-4738(2011)04-0111-02
1 半固态成形技术的特点
半固态加工，其工艺实质是在金属的凝固过程中，对其施以剧烈的搅拌、扰动、改变金属的热状态、加入晶粒细化剂或进行快速凝固，即改变出生固相的形核和长大过程，得到一种液态金属母液均匀的悬浮着一定球状初生固相的固一液混合浆料。利用这种浆料直接进行加工称为半固态流变成形；而将这种固一液混合浆料完全凝固成坯料，根据需要将坯料切分，再将切分的坯料重新加热至固液两相区而进行的成形加工称为半固态触变成形，这两种方法均称为金属的半固态加工，都是以半固态的形式充填模具形腔，可获得较高的力学性质和尺寸精度。目前半固态流变成形实际应用较少，半固态触变压铸和触变锻造是当今半固态成形的主要工艺方法。它具有以下特点：
a．生成细小的球状晶体，形变阻力小，便于成形；
b．利用半固态成形技术加工的铸件和锻件质地更均匀，致密性和强度与液态压铸和锻造相比都有所提高；
c．半固态锻造可使加工温度低，负载低，模具寿命更长；
d．半固态触变成形输送方便，易于实现自动化，可使生产效率提高； 龙源期刊网
e．利用半固态成形技术可以进行机械零件的近终化成形，可大幅减少零件毛坯的机械加工量，降低生产成本。
综上所述半固态加工工艺与传统加工工艺相比，具有节约能源、生产效率高、应用范围广泛、产品质量好等优点，所以半固态成形技术在国外得到了广泛的应用。
半固态金属成形技术的研究及应用
摘要：概述了近几年来半固态金属加工技术的发展现状，主要对半固态金属的形成机理、制备方法、成形工艺等进行了介绍，综述了国内外半固态金属成形技术的应用现状，并对我国半固态金属成形技术的发展动向进行了讨论。
关键词：半固态；成形技术；复合材料
中图分类号：TG146.2+1 文献标识码：A
20世纪70年代美国麻省理工学院的Flemings教授等人开发出了一种崭新的金属成形方法，称为半固态加工技术[1]。在Flemings的 一篇论文中报道，金属材料在凝固过程中加强烈的搅拌，可以打碎金属凝固形成的枝晶网络结构，形成近球状的组织，得到一种液态金属母液中均匀悬浮着一定颗粒 状固相组分的固－液（固相组分一般为50％）混合浆料，此时的半固态金属具有优良的流变性和触变性[2,3]。因而，易于用常规加工技术如压铸、挤压、模 锻等实现成形。采用这种既非液态又非完全固态的金属浆料加工成形的方法，称为金属的半固态成形技术。可见，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）过程种所具有的特性进行成形的方法。这一新的成形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，所以半固态加工技术被称为为21世纪最有前途的材料成形加工方法。
1．半固态金属的形成机理
金属熔液开始结晶时，伴随着强烈的搅拌，晶核快速形成并长大。随着温度的下降，虽然晶粒仍然是以枝晶生长方式生长，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，形成了更多的细小晶粒，其自身结构也逐渐相蔷薇形演化。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形结构，演化过程如图1所示[4]。
图1 球状颗粒的演变过程
关于半固态金属非枝晶球化机制，目前还没有定论。Flemings等人认为，初始球状颗粒的形成与以下枝晶断裂机制有关[2,5]：
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。
