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半固态浆料制备技术

时间:2016-06-12 来源:睿甲精工浏览次数:133

半固态浆料制备技术

与传统铸造成形相比,半固态金属浆料中包含有类球形的固相颗粒,减少了凝固收缩并提高了补缩能力,从而减轻或者消除了缩松倾向,因而组织优良的半固态金属浆料或坯料的制备是实现半固态金属加工技术的基础及关键。目前,半固态成形浆料制备主要可分为搅拌法和非搅拌法两大类。

一、 搅拌法

1、机械搅拌法
 
机械搅拌时搅拌叶片与金属熔体直接接触,设备构造简单、工艺参数容易控制。机械搅拌过程中可以获得很高的剪切速率,利于形成细小的近球形微观结构,但是搅拌槽内部往往存在搅拌不到的死区,影响浆料的均匀性,搅拌叶片的腐蚀以及它对半固态金属浆料的污染,都会对坯料质量带来不利的影响。

2、电磁搅拌法
 
电磁搅拌属于非接触式搅拌技术,利用电磁感应力将初生的枝晶破碎 ,其特点是金属液纯净,适用于高熔点合金和大批量生产。但由于感应电磁力从熔池边界到熔体中心逐渐衰减,当熔融金属四周有凝固外壳形成时, 搅拌效果大大减弱,因此不适合制备大尺寸的半固态金属锭料。同时,电能消耗大,能源供给和搅拌器定子等装置体积大。电磁搅拌与连铸设备相结合可以为后续触变成形连续生产锭料。

二、非搅拌法

非搅拌制备技术主要包括:应变诱导熔体活化法、喷射沉积法、粉末冶金法、冷却斜槽法、低过热度浇注法、液态异步轧挤法、超声振动法等。这些工艺各具特色,其中某些技术已成功应用于工业化生产中。

1、应变诱发熔化激活技术(SIMA)
 
应变诱发熔化激活技术(SIMA)是先将合金原材料进行冷变形,然后加热到固液两相区间,在加热过程中,原料先发生再结晶,然后部分融化,使初生相转变成颗粒状,形成半固态材料。该方法已成功应用于制备不锈钢、铜合金等较高熔点合金中,但由于增加了预变形工序使生产成本提高,与电磁搅拌法相比,它仅仅用于生产小直径坯料。

2、喷射沉积法
 
喷射沉积法的原理是先将固态金属融化成液态金属,然后雾化为熔滴颗粒,在喷射气体作用下部分凝固的微滴直接沉积在收集基板上。当每个熔滴所受的剪切力能打碎熔滴内部形成的枝晶时,熔滴凝固后便成为颗粒状。当加热使其局部融化时,就会得到具有球形颗粒固相的半固态金属浆料。目前,采用该法对铝合金、黑色金属及金属基复合材料进行了试验并取得成功。该方法与其他方法相比成本较高,只适用于制备有特殊要求的大尺寸坯料。

3、低过热度浇注法
 
低过热度浇注法的原理是降低浇注温度,使合金组织逐渐得到细化,当浇注温度接近合金的液相线温度时,可以获得半固态组织。该法工艺简单,如果得到应用,将会进一步降低半固态成形件的价格,扩大半固态金属的应用范围。

4、液态异步轧挤法
 
液态异步轧挤法实质是剪切-冷却-轧制(shearing-cooling-rolling),简称 SCR 法,其工艺原理是:利用一个机械旋转的辊轮把静止的弧状结晶壁上生长的初晶不断碾下、破碎,并与剩余的液体一起混合,形成流变金属浆料,是一种高效制备半固态坯料的方法。

5、超声振动法
 
超声振动法制备半固态金属浆料的基本原理是:利用超声机械振动波扰动金属的凝固过程,细化金属晶粒,获得球状初晶的金属浆料。超声振动波作用于金属熔体的方法一般有两种,一种是将振动器的一面作用在模具上,模具再将振动直接作用在金属熔体上,但更多的是振动器的一面直接作用于金属熔体。经过实验证明,对合金液施加超声振动,不仅可以获得球状晶粒,还可以使合金的晶粒直径减小,获得非枝晶坯料。

6、倾斜冷却板制备法
 
用倾斜冷却板(cooling slope)制备半固态坯料的工艺及设备如右图所示。金属液体通过坩埚倾倒在内部具有水冷装置的冷却板上,金属液冷却后达到半固态,流人模具中制备成半固态坯料。倾斜冷却板装置设备简单、占地面积小,可方便地安装在挤压、轧制等成形设备的上方。目前此工艺已成功地应用在半固态铝合金坯料的制备上。一般情况下,通过这种方法得到的半固态坯料的固相分数一般为 10%~20%。固相分数的大小由金属熔体与冷却板接触的时间决定。接触时间越长,固相分数越高。接触时间随着接触长度的增加和倾斜角的减小而增加。

综上所述,制坯方法较多且各具特点,但从生产效率、简便、可靠以及经济原则考虑,在目前乃至今后较长一段时间内,半固态浆料制备方法主要采用搅拌法。
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