半固态成形技术研究

江苏理工学院JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY材料先进制备与成形加工技术课程论文学院名称：材料工程学院专业：机械工程2013年04 月浅谈金属半固态成形技术摘要本文综述了半固态成形技术，介绍了半固态成形技术的定义及其成形工艺，研究现状及发展应用，半固态浆料的制备方式及浆料的特点，最后对半固态技术进行了展望。

关键词半固态成形触变成形流变成形1.半固态成形技术定义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；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。

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技术。

如下图一所示。

图一半固态成形技术2、半固态加工的成形工艺目前，金属半固态成形的工艺路线主要有两种：一种是触变成形，把制浆与成形结合在一起；另一种是流变成形，将制坯和成形结合在一起。

2．1 触变成形触变成形的工艺路线是将半固态合金浆料铸造成锭坯，根据产品尺寸需要进行下料，经二次加热后，在半固态温度下进行压力加工成形。

由于半固态坯料的加热、输送工艺较为方便，并易于实现自动化操作，因而触变成形工艺在得到了广泛应用。

如半固态金属触变压铸、触变锻造、触变挤压工艺目前都已成熟，并进入实际应用。

随着触变成形工艺的推广和应用，生产实践中发现触变成形工艺也存在一些不足，如成本高，坯料损耗过多，坯料重熔时固相率难以精确控制。

工艺图如图二所示。

2．2 流变成形流变成形是将制备的半固态合金熔体直接转移到成形设备进行成形的工艺方法。

6061铝合金半固态本构方程的研究_唐小玲铝合金半固态成形技术已经成为许多铝合金制造业的重要组成部分。

在半固态成形过程中，铝合金的半固态本构方程对于模拟和预测材料行为至关重要。

本文将研究6061铝合金的半固态本构方程，旨在改善材料性能和加工效率。

在研究6061铝合金半固态本构方程之前，首先需要了解该合金的力学性能和变形行为。

6061铝合金具有较高的流变应力曲线，即塑性应变增加为一定速率。

与其他材料相比，6061铝合金的变形行为受温度和应变速率的影响较小。

在半固态成形过程中，6061铝合金的变形机制主要包括固溶处理和相分解。

半固态本构方程的研究需要借助实验测试和数值模拟方法。

实验测试可以通过拉伸试验、压缩试验和扭转试验等方法获得材料的力学性能数据。

同时，利用金相显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等设备可以观察材料的微观结构和相变行为。

数值模拟方法可以使用有限元方法和统计学方法等进行。

有限元方法可以建立材料的物理模型，并对其进行力学行为分析。

统计学方法可以通过拟合实验数据来得到合适的半固态本构方程。

研究人员可以根据所得到的力学性能数据和变形行为，选择适当的数学模型，并基于实验数据进行参数拟合。

通过研究6061铝合金的半固态本构方程，可以为半固态成形过程的预测和优化提供理论依据。

在工程实践中，该本构方程可以用于模拟和预测不同加工条件下铝合金的变形行为，从而优化成形过程，并提高材料的力学性能。

总之，研究6061铝合金的半固态本构方程对于改善铝合金的力学性能和加工效率非常重要。

通过实验测试和数值模拟方法的结合，可以获得可靠的半固态本构方程，为半固态成形技术的发展提供有力支持。

1)半固态金属成形( SMP ) 于20 世纪70 年代初研究开发的新一代金属加工技术[ 1] ,这种对半固态金属浆料进行成形的加工工艺称为半固态成形技术.这一技术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形状复杂且精度和性能质量要求较高的零件。

2) 非枝晶半固态金属浆料的制备是半固态成形技术的关键环节之一, 关系到成形件的质量和成本。

半固态金属浆料的制备技术分为2 类: 液相过程和固相过程。

目前普遍采用的技术是在金属凝固过程中进行强烈搅拌, 破碎枝晶, 得到一种液态金属母液中均匀悬浮着近似球形微观结构的非枝晶半固态金属( Sem-i solid Metal, 简称SSM) , 在SSM 的液相基体中, 固相颗粒之间很容易产生相互移动, 从而使SSM 浆料具有一定流动能力, 以利于充型。

半固态金属浆料制备方法有机械搅拌法、电磁搅拌法、应变诱发熔体激活法、粉末冶金法.液相线铸造法,超声处理法等。

机械搅拌法是最早用于半固态浆料制备的方法。

其原理是在合金凝固过程中, 使用搅拌器对合金熔体进行强烈的机械搅拌, 树枝晶由于剪切力的作用而断裂成为颗粒状结构。

机械搅拌分间歇式和连续式两种.搅拌时产生的剪切速率一般为100~ 300/s。

剪切速率受搅拌器结构、材料耐腐蚀、耐高温磨损性能的制约。

浆料的质量主要由搅拌温度、搅拌速度以及冷却速度这3 个参数控制。

然而, 由于这些工艺参数不易控制, 容易发生卷气等缺陷; 搅拌器和合金熔体是直接接触的, 因而容易造成污染; 另外搅拌器与容器间存在搅拌死角, 影响浆料的质量。

机械搅拌法在工业生产中应用较少。

电磁搅拌法是应用最为广泛的一种方法。

它利用旋转磁场使金属液内部产生感应电流, 并在洛伦兹力的作用下发生强迫对流, 从而达到搅拌的目的。

产生旋转磁场的方法有两种, 一种是在感应线圈中通入交变电流, 另一种则采用旋转永磁体的方法。

铝合金半固态挤压成形工艺及理论研究的开题报告一、选题背景与意义铝合金半固态挤压成形技术是近年来发展起来的一种新型成形工艺，这种成形技术通过在半固态状态下进行挤压，既可充分利用了固态挤压的优点，又能克服其局限性。

因此，它不仅可以大幅节约材料和成本，而且能够生产出结构更为复杂、性能更为优异的零部件，具有广泛的应用前景。

在工业生产中，铝合金是一种重要的金属材料，广泛应用于航空、汽车、机械电子等领域。

铝合金半固态挤压成形技术可以提高铝合金制品的性能，增强其质量，并在一定程度上缓解了环境问题。

因此，深入研究铝合金半固态挤压成形技术，对提高铝合金制品的质量和性能，推动相关领域的发展，具有重要的理论和实践意义。

二、研究内容及方法本文将以普通铝合金为研究对象，通过控制铝合金的半固态挤压成形工艺参数，研究其在半固态状态下的流变特性和变形行为。

具体研究内容包括：1. 铝合金半固态挤压成形的基本原理和工艺流程；2. 分析铝合金在半固态状态下的应力-应变特性和塑性行为；3. 模拟铝合金半固态挤压成形的流动场和应变场；4. 对铝合金半固态挤压成形工艺过程中的温度场和微观组织进行分析；5. 对铝合金半固态挤压成形工艺参数进行控制和优化。

研究方法主要包括：理论分析、数值模拟和实验研究。

其中，理论分析主要是通过对铝合金的力学特性进行分析和计算，为后续的数值模拟和实验研究提供理论依据。

数值模拟是通过基于有限元分析的方法，对铝合金半固态挤压成形过程中的流动场和应变场进行模拟和计算。

实验研究则是通过对铝合金半固态挤压成形工艺参数的控制和优化，进行实验验证和结果分析。

三、预期成果及创新点本研究的预期成果主要包括：1. 对铝合金半固态挤压成形技术进行理论分析和数值模拟研究，揭示其流变特性、变形行为和微观组织的变化规律；2. 对铝合金半固态挤压成形工艺参数进行控制和优化，生产出性能更为优异的铝合金制品；3. 提出了一种全新的铝合金半固态挤压成形工艺，实现了对铝合金制品性能的提高和工艺的优化，并对相关领域的发展产生重要的推动作用。

高硅铝合金的半固态压铸成形技术摘要：本文的主要目的为分析如何进一步利用超声振动制备半固态浆料以及流变压铸成形方法，以提高高硅铝合金制作质量。

使用半固态压铸成形技术能提高高硅铝合金的产品质量，同时确保其使用性能：得到的抗拉强度相比于传统方法的高硅铝合金而言增强了30%左右，使得零件的整体性能得到改善。

关键词：高硅铝合金；半固态压铸；成形技术引言：近几年，随着我国社会发展速度的加快，工业行业的发展也同样十分迅速，其中高硅铝合金成为了工业发展中最常见且使用频率较高的合金之一。

高硅铝合金具有质量相对较轻、硬度高且耐磨性好、导热性能好等一系列的优点。

目前该合金被广泛应用于各种不同的领域，例如电子封装、汽车以及航空航天等。

由于在高硅铝合金中含有大量的初晶Si，并且随着Si含量的增加，会导致初晶中的Si元素颗粒变得更加的粗大，结合针状的共晶Si会直接降低其基体的性能。

为此，在当前条件下如何进一步利用半固态压铸成形技术提高高硅铝合金的制作质量，增强其实用性和经济性成为了我国目前工业发展中的重点内容。

一、高硅铝合金的成分所谓高硅铝合金是指在制造过程中，金属中含有共晶Al-Si合金，其中Si的质量分数在17%～70%的范围内，并且被大多数人认为属于金属基复合材料。

在高硅铝合金中是由Si相作为硬质均匀地分布在较软的α-Al基体中。

当前分析高硅铝合金时可以按照成分进行分析，将其分成两种不同的类别，第一种是Al-Si的二元合金，第二种则是以铝、硅为主要元素，并且在其中加入一定量的合金元素，进而形成了多元高硅的铝合金品相。

在高硅铝合金中含有大量的元素成分，这些成分自身的特性具有一定差异，同时具备不同的用途。

二、传统铸造方法生产高硅铝合金时存在的问题在利用传统的方式生产高硅铝合金过程中，存在以下几点问题：第一，在进行初晶硅的细化过程时其难度较高：尝试增加高硅铝合金中含有的Si含量，会导致合金中含有的初晶硅体积率增大，致使高硅铝合金的抗拉强度、屈服强度以及塑性都会在这一阶段明显的降低。

半固態射出成形技術第一節 觸變成形技術(一)背景觸變成形主要發展里程如所示。

Dow Chemical早在1977年開始就嘗試 將半固態的概念應用在鎂合金上，經過十餘年的研究，於1988年製作出300噸 雛型機。

1900年Dow Chemical 與另外五家公司聯合成立Thixomat公司，負責 技術的商品化及授權，以及應用技術的研發，1991年獲得觸變成形設備及製程 的美國專利，之後陸續取得26國專利。

目前Thixomat授權生產觸變成形機的 公司僅限於日本製鋼所(JSW)及加拿大Husky兩家，JSW的機型包括75、220、450、650、及850噸，1998年夏天已推出1600噸機器；Husky剛取得授權不久，初期 預定開發90、225、500、及900噸等機種。

1997年為止全世界用於實際生產之 機器約65台，估計1998年底可達100台。

現有客戶三十餘家，分佈在日本、 美國、加拿大、瑞典、德國、新加坡、韓國、台灣等地，其中九成以上的客戶 原本是從事塑膠射出成形。

另一方面，美國能源部自1997年3月起展開一個400萬美金，為期三年的 計畫，支持Thixomat與Alcoa、Husky以及美國三大汽車廠合作研究鋁合金的 觸變成形，目標產品包括汽車用厚肉(8~10mm)結構件及薄殼(<1mm)連結件，未來 可能進一步擴及金屬基複合材料(metal-matrix composites)的成形技術。

(二)技術簡介觸變成形是由塑膠射出成形衍生應用在金屬的成形製程，米粒大小的金屬 顆粒原料在氬氣保護的料斗進入料管，經螺桿旋轉磨擦及料管外加熱器提供 熱量，溫度逐漸升高至其固相線溫度(solid us temperature)以上，形成部分 熔融狀態，此時螺桿同時計量後退將半固態黏漿推擠到蓄料區，待蓄儲存的黏漿 達到所需的量後，螺桿停止轉動，高速射出系統驅動桿往前推送黏漿進入模穴。

待工件完全凝固後射出單元後退，螺桿進行下一循環的剪切輸送計量，夾模單元 則開模頂出，同時進行清除廢料及噴離型劑等動作。

半固态射出成形技术第一节触变成形技术(一)背景触变成形主要发展里程如表1所示。

Dow Chemical早在1977年开始就尝试将半固态的概念应用在镁合金上，经过十余年的研究，于1988年制作出300吨雏型机。

1900年Dow Chemical 与另外五家公司联合成幺Thixomat公司，负责技术的商品化及授权，以及应用技术的研发，1991年获得触变成形设备及制程的美国专利，之后陆续取得26国专利。

目前Thixomat授权生产触变成形机的公司仅限于日本制钢所(JSW)及加拿大Husky两家，JSW的机型包括75、220、450、650、及850吨，1998年夏天已推出1600吨机器；Husky刚取得授权不久，初期预定开发90、225、500、及900吨等机种。

1997年为止全世界用于实际生产之机器约65台，估计1998年底可达100台。

现有客户三十余家，分布在日本、美国、加拿大、瑞典、德国、新加坡、韩国、台湾等地，其中九成以上的客户原本是从事塑料射出成形。

另一方面，美国能源部自1997年3月起展开一个400万美金，为期三年的计画，支持Thixomat与Alcoa、Husky以及美国三大汽车厂合作研究铝合金的触变成形，目标产品包括汽车用厚肉(8~10mm)结构件及薄壳(<1mm)连结件，未来可能进一步扩及金属基复合材料(metal-matrix composites)的成形技术。

(二)技术简介触变成形是由塑料射出成形衍生应用在金属的成形制程，米粒大小的金属颗粒原料在氩气保护的料斗进入料管，经螺杆旋转磨擦及料管外加热器提供热量，温度逐渐升高至其固相线温度(solid us temperature)以上，形成部分熔融状态，此时螺杆同时计量后退将半固态黏浆推挤到蓄料区，待蓄储存的黏浆达到所需的量后，螺杆停止转动，高速射出系统驱动杆往前推送黏浆进入模穴。

待工件完全凝固后射出单元后退，螺杆进行下一循环的剪切输送计量，夹模单元则开模顶出，同时进行清除废料及喷离型剂等动作。

半固态金属成形技术1. 引言半固态金属成形技术是一种新兴的金属加工技术，它将固态和液态的金属材料的优点结合在一起，可以制造出具有高强度、高精度、复杂形状的金属零件，具有极高的应用价值。

本文将介绍半固态金属成形技术的基本原理、应用范围、优点和发展前景。

2. 基本原理半固态金属成形技术的基本原理是将铸造过程中合金中铸晶的分布状态控制在半固态状态，通过控制合金的热状态和机械变形来实现金属成形。

具体而言，就是将合金熔融后，在一定的时间和温度范围内，控制其冷却速度，使合金中的铸晶呈现出部分熔化和形变状态，从而达到半固态的状态。

3. 应用范围半固态金属成形技术可以应用于航空航天、汽车、船舶、机械等领域的制造。

具有如下优点：（1）可以直接制造出高强度、高精度、复杂形状的零件，避免了加工中的残余应力和失真；（2）可以大幅减少加工成本，节约了材料和时间成本；（3）可以提高金属材料的性能和质量，增加产品寿命和安全性；（4）可以生产大尺寸、高质量的零件，提高了生产效率和产能。

4. 优点半固态金属成形技术具有以下优点：（1）成形精度高，可以实现微米级的精度控制；（2）成本低，可以节省大量人力、物力和时间成本；（3）高性能材料制造，可以生产出高强度、高耐热、高耐腐蚀的材料，扩展了金属材料的应用范围；（4）可持续发展，可以对既有材料进行再加工和再利用。

5. 发展前景半固态金属成形技术是一种有前途的金属制造技术，目前已经进入实际应用阶段。

未来，它将逐步替代传统的金属成形工艺，成为重要的先进制造技术之一。

同时，随着科学技术的不断发展，半固态金属成形技术也将不断创新和完善，提高成形速度和效率，扩大应用范围。

预计在未来的十年内，半固态金属成形技术将会取得重要的技术突破，推动金属制造行业的成型和发展。

6. 结论半固态金属成形技术是一种健康、可持续发展的金属制造技术。

它具有高效、高精度、高性能、低成本等优点，可以适应不同的金属制造领域的需求。