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半固态压铸工艺
嘿，你知道吗，有一种超厉害的工艺，叫做半固态压铸工艺。
我记得有一次去参观一家工厂，就亲眼看到了这个工艺的神奇之处。
当时我走进车间，就被各种机器设备吸引住了。
然后就看到工人们正忙碌地操作着，在一个区域，他们正把一些金属材料放进一个特殊的装置里，这就是半固态压铸的设备啦。
只见那些金属材料在里面经过一系列处理后，慢慢变成了一种很奇特的状态，有点像软软的面团，但又不完全是。
接着，这些处于半固态的金属就被准确地注入到模具中，然后经过压铸，不一会儿，一个个形状精美的零件就出来啦！我当时就特别惊讶，原来这些我们生活中用到的好多东西都是通过这样的工艺制造出来的呀。
这个半固态压铸工艺可真不简单呢！它能让金属材料在半固态的状态下更好地成型，生产出来的东西质量更好，也更耐用。
而且它还很高效，能大大提高生产的速度。
就好像一个神奇的魔法师，把那些普通的金属变成了各种各样有用的宝贝。
哎呀呀，这就是半固态压铸工艺啦，是不是很有意思呀！真的是一种超级实用又厉害的工艺呢！。
基于半固态金属铸造工艺的研究现状及对策探索发布时间：2021-12-29T01:48:59.143Z 来源：《中国科技人才》2021年第22期作者：郑东琴[导读] 然后对半固态金属铸造工艺的发展前景进行了分析，具体内容包括成形方法、技术优势和应用展望，以望借鉴。
纽威工业材料(大丰)有限公司江苏盐城224100摘要：本文以半固态金属铸造工艺的研究现状和对策为题，介绍了机械搅拌法、电磁搅拌法、应变诱发熔化激活法和近些年的新方法，然后对半固态金属铸造工艺的发展前景进行了分析，具体内容包括成形方法、技术优势和应用展望，以望借鉴。
关键词：半固态金属铸造工艺；机械搅拌法；电磁搅拌法；流变铸造引言：在查阅资料后得知，半固态金属铸造工艺的发展历史已经长达二十余年，在多年的发展历史中，该工艺不断发展，基于该工艺所制造的合金为非枝晶组织合金。
由于该产品具有高质量和高性能的特点，故被广泛应用于高精尖领域。
这项工艺也因此被认为是 21 世纪最具发展前景的材料制备技术。
因此，对此项课题进行研究，其意义十分重大。
一、半固态金属铸造工艺的研究现状（一）机械搅拌法就半固态合金的制备来说，机械搅拌方法使用的时间最早，Flemings 使用的搅拌装置就组成部分来说，是同心带齿内外筒，即外筒旋转而内筒静止，可以对锡-铅合金的半固态浆液进行制备。
Lehuy 利用搅拌桨分别对铜合金的半固态浆液、锌=铝合金的半固态浆液、铝-硅合金的半固态浆液进行了制备。
之后搅拌器得到了改进，利用螺旋式搅拌器对 ZA-22 合金的半固态浆液进行制备。
在改进后，浆液在搅拌方面的效果得到了改善，使型内金属液在流动方面的强度得到加强，能让金属液具有向下的压力，对浇注有促进作用，使铸锭在力学方面的性能得到提升。
（二）电磁搅拌法电磁搅拌需要对金属液的旋转电磁场进行利用，形成感应电流，金属液会在洛伦磁力影响下进行运动，进而实现搅拌金属液目标。
现阶段使旋转磁场出现的方法共有两种，首先是传统方法，将交变电流接通感应线圈。
半固态金属铸造工艺1 概述自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，即用旋转双桶机械搅拌法制备出Srr15%pb流变浆料以来，半固态金属（SSM）铸造工艺技术经历了20余年的研究与发展。
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）。
由于采用该技术的产品具有高质量、高性能和高合金化的特点，因此具有强大的生命力。
除军事装备上的应用外，开始主要集中用于自动车的关键部件上，例如，用于汽车轮毂，可提高性能、减轻重量、降低废品率。
此后，逐渐在其它领域获得应用，生产高性能和近净成型的部件。
半固态金属铸造工艺的成型机械也相继推出。
目前已研制生产出从600吨到2000吨的半固态铸造用压铸机，成形件重量可达7kg 以上。
当前，在美国和欧洲，该项工艺技术的应用较为广泛。
半固态金属铸造工艺被认为是21世纪最具发展前途的近净成型和新材料制备技术之一。
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。
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。
3.1机械搅拌法机械搅拌是制备半固态合金最早使用的方法。
一种半固态压铸铝合金及制备半固态压铸铝合金铸件的方法
一种半固态压铸铝合金是以铝及其合金为原料，通过湿法压铸或者半固态压铸的形式加工而成的一种金属材料。
由于它的物理性能良好，易于加工和表面处理，是经济的制造材料。
制备半固态压铸铝合金铸件的方法：
1、准备原料和压铸模具：根据不同的尺寸，准备足够多的原料，并根据要求准备相应的压铸模具。
2、加工：将原料加工成所需尺寸的形状，然后将其放入压铸模具中，加热到适宜的温度。
3、压铸：将加热后的原料以一定的压力和速度压入模具中，使原料形成所需的形状和尺寸。
4、冷却：将压铸完成的铸件放入水中进行冷却，使其快速冷却，保证铸件的尺寸精度。
5、粗加工：将冷却后的铸件取出，对其进行粗加工，如锉削、钻孔等，使其符合要求的尺寸。
6、细加工：对粗加工完的铸件进行细加工，如打磨、拋光等，使其表面光滑，达到预期的效果。
半固态铸造工艺应用半固态铸造工艺是指在金属熔体中掺入半固态剂，通过特定的工艺条件，使金属熔体部分凝固成半固态状态，再进行铸造制造。
半固态铸造有着许多优点，例如成形良好、缩短加工周期、提高产品性能等。
以下将从原理、工艺、优缺点和应用等方面介绍半固态铸造。
一、原理半固态铸造工艺的原理在于铸造时将金属熔体掺入半固态剂，控制好半固态熔体的比例和凝固温度，使其部分凝固成良好的半固态状态。
半固态状态下的金属材料不仅具有良好的流动性，而且还具有较高的塑性和较小的收缩率，使得铸件成形更加均匀、精准。
二、工艺1、原料准备：将金属熔体和半固态剂按比例配制，控制好加热和冷却的速度。
2、熔体搅拌：在混合后的金属熔体中通过机械搅拌或气体喷吹等方式来控制其凝固和防止熔化。
3、控制温度：控制金属熔体的加热温度和冷却温度，使其快速凝固成为良好的半固态熔体，保持其流动性。
4、铸造：将半固态熔体注入模型中进行铸造，在适当的时间内完成金属熔体的凝固和冷却，取出铸件进行二次加工或直接使用。
三、优缺点1、优点：半固态铸造工艺可以有效提高铸件的成形精度和表面质量，并且能够缩短加工周期，提高产品的性能和使用寿命。
2、缺点：半固态铸造需要专业的设备和技术支持，在操作过程中需要精密控制温度和时间，成本较高。
四、应用由于半固态铸造具有许多优势，因此在航空、汽车、轨道交通、电力等重要领域的应用越来越多。
例如，航空设备制造中常采用半固态铸造工艺生产复杂形状的铝合金零部件，可以大大提高飞机的动力性能；汽车制造中，半固态铸造可用于生产大型铝制汽车零部件，如发动机缸体和曲轴；轨道交通制造方面，半固态铸造可用于生产高速列车的车架、车身等零部件，提高列车的运行速度和安全性。
综上所述，半固态铸造工艺具有成形精度高、减少加工周期、提高产品性能等优点，在各大领域的应用前景广阔。
同时，我们也要认识到半固态铸造存在一些技术难度，需要专业人士的支持和掌握。
我们期待半固态铸造技术的不断发展和改进，为我们的工业制造业带来更多的机遇和挑战。
半固态压铸工艺介绍篇一：半固态压铸工艺介绍嘿，今天咱们来唠唠这个半固态压铸工艺，这玩意儿可有点意思呢。
先来说说啥是半固态压铸工艺吧。
简单来讲，就像是把金属变成一种半固体半液体的“糊糊”状态，然后再把这个“糊糊”压到模具里，最后就得到了想要的零件。
这就好比你做蛋糕的时候，把面糊倒进模具里，不过这个可比做蛋糕复杂多了，也高端多了。
我第一次听说这个工艺的时候，心里就想：“这是啥神奇的操作？”后来了解了一下，发现它还真有不少优点。
比如说，它能让生产出来的零件质量更好。
为啥呢？因为这种半固态的金属在压铸的时候，就像是一群听话的小士兵，能够更均匀地填充模具的各个角落，不会像传统液态压铸那样，这儿鼓个包，那儿缺一块的。
就好像你盖房子，用半固态的材料就像是用精心切割好的砖头，一块一块严丝合缝地砌起来，而液态压铸可能就像用一些形状不规则的泥巴，盖出来的房子肯定不那么结实、好看。
再说说这个工艺的应用范围。
哎呀，那可广了去了。
汽车制造行业里就经常用到。
你想啊，汽车上那么多零件，像发动机的一些部件啊，用半固态压铸工艺生产出来的，质量杠杠的，就像给汽车的心脏穿上了一层坚实的铠甲。
也许有人会问：“那其他行业呢？”我跟你说，电子设备、航空航天领域也有它的身影。
在航空航天领域，那些零件的要求可高了，容不得一点差错。
半固态压铸工艺就像是一个得力的助手，能制造出符合高标准的零件。
不过呢，这半固态压铸工艺也不是完美无缺的。
它的设备啊，比较复杂，成本也高。
这就像你想买一个高级的电子产品，功能是很强大，但是价格也让你有点肉疼。
而且这个工艺对操作人员的要求也比较高，就像开飞机，不是随便谁都能上去开的，得经过专业训练才行。
我还听说过一个故事呢。
有个小工厂，想尝试用半固态压铸工艺来提高产品质量，结果刚开始的时候，状况百出。
设备老是出故障，工人也不太会操作。
就像一个新手厨师，拿到了高级的厨具，却不知道怎么用。
但是他们没有放弃，经过不断地学习和改进，最后终于成功了。
镁合金半固态压铸汽车产品实例1.引言1.1 概述镁合金半固态压铸技术是一种新兴的铸造工艺，能够制造出高强度、轻量化的汽车零部件。
随着汽车工业的发展和对轻量化材料需求的增加，镁合金半固态压铸技术得到了广泛关注和应用。
本文将通过介绍镁合金半固态压铸技术的原理和特点，以及汽车产品中的应用实例，来探讨这一技术在汽车制造领域中的潜力和前景。
镁合金半固态压铸技术是将镁合金加热到半固态状态，通过压铸成型得到所需的零部件。
相比传统的压铸工艺，镁合金半固态压铸技术具有以下几个显著的优势。
首先，半固态状态下的镁合金具有较低的黏度和较高的塑性，使得其在压铸过程中更容易充填模腔，提高了产品的成形质量和尺寸精度。
其次，半固态压铸过程中的镁合金具有较低的热应力，可有效降低零部件的变形和缩松现象。
此外，由于镁合金具有良好的可再生性和循环利用性，采用半固态压铸技术制造汽车零部件有助于环境保护和可持续发展。
在汽车产品中，镁合金半固态压铸技术已得到广泛应用。
一方面，由于镁合金具有优异的强度和刚度，采用半固态压铸技术可以制造出更轻量化、更节能的汽车零部件。
例如，采用半固态压铸技术制造的发动机缸体和传动壳体重量可以减轻20以上，同时提高了产品的耐久性和可靠性。
另一方面，由于镁合金具有良好的导热性能，采用半固态压铸技术可以制造出具有良好散热效果的汽车零部件。
例如，采用半固态压铸技术制造的发动机散热器可以有效降低发动机的温度，提升整车的燃油经济性和动力性能。
综上所述，镁合金半固态压铸技术是一种有潜力的汽车零部件制造技术，具有轻量化、节能和环保等优势。
随着该技术的不断发展和完善，相信在未来的汽车制造领域中将得到更广泛的应用。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以描述文章的组织方式和结构设计，以便读者能够更好地理解和阅读文章。
具体内容如下：文章结构:本文主要分为三个部分，分别是引言、正文和结论。
1. 引言部分：引言部分首先对镁合金半固态压铸技术进行概述，介绍其在汽车制造领域中的重要性和应用背景。
半固态金属铸造工艺
Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
半固态金属铸造工艺
概述
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。
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（Spray）、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。
3.3.1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；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。
3.3.2 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。
3.3.3 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的拉长形变结构，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。
3.3.4 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。
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
成形方法
半固态合金成形方法很多，主要有：
（1）流变铸造（Rheoforming, Rheocast）
图2 触变铸造工艺示意图
1 压铸合金
2 连续供给合金液
3 感应加热器
4 冷却器
5 流变铸锭
6 压射室
7 压铸模
在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。
如等人曾将用电磁搅拌方法制备的半固态合金浆液直接送入压铸机射室中成形。
该方法生产的铝合金铸件的力学性能较挤压铸件高，与半固态触变铸件的性能相当。
问题是，半固态金属浆液的保存和输送难度较大，故实际投入应用的不多。
（2）触变铸造（Thixoforming, Thixocast）
将已制备的非枝晶组织锭坯重新加热到固液两相区达到适宜粘度后，进行压铸或挤压成形，如图3所示。
图3触变铸造工艺示意图
1 坯料
2 软度指示计
3 坯料重新加热装置
4 压射室
5 压铸模
美国的EOPCO、HPM Corp.、Prince Machine、 THT Presses以及瑞士的Buhler公司、意大利的IDRA USA、Italpresse of America、加拿大的Producer USA、日本的Toshiba Machine Corp和UBE Machinery Services等均已能生产半固态铝合金触变成形专用设备。
该方法对坯料的加热、输送易于实现自动化，故是当今半固态铸造的主要工艺方法。
（3）射铸成形（Injection Molding）
形装置，将半固态浆液从料管加入，经适当冷却后压射入型腔。
（4）低温连铸
所谓低温连铸就是控制金属液的过热度在0℃左右，并在铸型下方进行强制冷却的铸造方法，如图4所示。
中心偏析是连铸中的大问题，且在连轧线材时可能会发生破断。
因此，该工艺有很大意义。
图4低温铸造法（CRM）连续铸造示意图
（5）带材连铸
Flemings曾用Sn-15% Pb低熔点金属进行带材连铸试验研究，对传热、凝固及变形进行了分析。
认为，带材厚度与轧辊的压力、固相率、流变剪切速度以及连铸速度有关。
当挤压下比压大时，则助长显微偏析。
为了保证表面和内部质量及尺寸精度，必须严格控制固相率、初晶形态尺寸及排放金属量等半固态金属制造的工艺参数。
对高熔点金属如磷青铜Cu-Sn-P合金（Cu-8%%P），液相线温度1030℃，难以热加工，用此半固态合金制薄板有明显效果。
目前，已可以制备组织优良的半固态不锈钢铸锭、高速工具钢铸锭。
技术优势
半固态压铸工艺的优点可归纳为工艺优势和产品优势。
(1) 工艺优势
1）不需加任何晶粒细化剂即可获得细晶粒组织，消除了传统铸造中的柱状晶和粗大树枝晶。
2）成形温度低（如铝合金可降低120℃以上），可节省能源。
3）模具寿命延长。
因较低温度的半固态浆料成形时的剪切应力，比传统的枝晶浆料小三个数量级，故充型平稳、热负荷小，热疲劳强度下降。
4）减少污染和不安全因素。
因作业时摆脱了高温液态金属环境。
5）变形阻力小，采用较小的力就可实现均质加工，对难加工材料的成形容易。
6）凝固速度加快，生产率提高，工艺周期缩短。
7）适于采用计算机辅助设计和制造，提高了生产的自动化程度。
(2) 产品优势
1）铸件质量高。
因晶粒细化、组织分布均匀、体收缩减少、热裂倾向下降，基体上消除了缩松倾向，力学性能大幅度提高。
2）凝固收缩小，故成形后尺寸精度高，加工余量小，近净成形。
3）成形合金范围广。
非铁合金有铝、镁、锌、锡、铜、镍基合金；铁基合金有不锈钢、低合金钢等。
4）制造金属基复合材料。
利用半固态金属的高粘度，可使密度差大、固溶度小的金属制成合金，也可有效地使用不同材料混合，制成新的复合材料。
半固态铸造技术的最新发展
3.6.1 镁合金半固态温度区间扰动和浇温对铸态组织的影响
AZ91HP镁合金在不锈钢坩埚电阻炉中升温至720℃保温10分进行精炼处理后，在液相线附近进行短时保温处理，可减小枝晶组织形成趋势；降低处理温度、对熔体进行扰动均加速晶粒向等轴形乃至球形发展；在半固态温度区间对熔体吹氩（Ar）处理，使熔体扰动，提高了形核率，加速了枝晶臂的熔断和晶粒等轴化，可得到均匀分布的非枝晶组织；这使成形后的半固态铸件中，硬脆的β相含量减少，且呈纤细的网状分布于初生的α相晶界处，提高了镁合金半固态铸件的力学性能（铸造，2006，55（2）：120-125）。
3.6.2 先进的半固态合金的制浆方法
图5 倾斜板法制备半固态浆料装置
图6 高铬白口铸铁球状奥氏体半固态浆料组织
在已提出的先进的制浆方法中，倾斜板技术的原理和设备简单、工艺易控、成本较低。
图5为采用倾斜板法制备半固态亚共晶高铬白口铸铁半固态浆料装置，金属液在在冷却体激冷作用下，奥氏体以非均匀方式大量形核长大、枝晶熔断、折断、破碎进而细化，形成球状奥氏体，图6为其球状奥氏体半固态浆料组织形貌（铸造，2006，55（2）：156-159）。
3.6.3 Al-6Si-2Mg铝合金半固态触变成形压铸
图7半固态触变成形压铸Al-6Si-2Mg铝合金水泵盖及其微观组织
Al-6Si-2Mg铝合金，液相线温度615℃，固相线温度557℃，具有优良的触变成形工艺性能。
棒坯采用热顶法，电磁搅拌垂直半连续铸造，直径为60～70mm；坯料在中频感应设备的线圈中加热，开始快速加热到500℃，而后慢速加热，芯部达560℃后，进一步降低加热功率，在芯部达到575℃后，移到2800KN卧式冷室压铸机上，压铸成汽车发动机上用水泵盖。
压铸件微观组织见图7，半固态压铸中，已熔化的α-Al 在压铸高速剪切触变成形中，一部分使初生α-Al长大，一部分凝固成细小呈球状的次生α-Al。
共晶组织中Mg2Si比连铸组织中更为细小；由于半固态组织中无气孔，经540℃，8小时固溶处理后水淬，再经170℃，6小时人工时效，获得如下力学性能：抗拉强度340MPa, 屈服强度310MPa, 延伸率%（铸造，2005，54（5）：475-478）。
