鋁合金半固態(tài)加工工藝過程探究

江西工程學院 劉艷華

1 金屬半固態(tài)加工技術的工藝特點

半固態(tài)金屬成形具有多方面的優(yōu)點：相對于普通液態(tài)成形，由于半固態(tài)漿料中已有一半左右的固態(tài)相互存在而且溫度低于液態(tài)金屬近于100℃，因此，可以消除常規(guī)鑄件固有的皮下氣孔和疏松等缺陷，且模具壽命成倍提高；相對于常規(guī)固態(tài)成形，半固態(tài)漿料具有很好的流動性，因此變形抗力極低，可以一次加工成形復雜的零件。

1.1 半固態(tài)金屬粘度高

半固態(tài)金屬比液態(tài)金屬粘度高很多，并且可以在很寬的范圍之內(nèi)進行控制操作，在進行填充模具時是層流而不是紊流，產(chǎn)生的噴濺很少，在填充模具的時候能夠更加平穩(wěn)的進行。這樣的操作既減少了金屬的氧化、雜質與氣孔，改善了鑄件的力學性能、組織致密性，還提高了表面性能。

1.2 溫度低

半固態(tài)材料溫度處于固液之間，比液態(tài)低，又接近于固態(tài)，已經(jīng)釋放出大量結晶潛熱。熱的含量很低，這樣可以減少對模具和設備的熱沖擊性，在室內(nèi)能夠保持固體的形狀，與室內(nèi)的面積接觸相對較小，熱交換也少，這樣就在一定程度上延長了模具的壽命，同時也縮短了凝固時間，大幅度提高了生產(chǎn)效率，減少了收縮的缺陷。由于成形溫度低，除了多種低熔點合金外，還能用于加工黑色金屬或者其他高熔點合金。

1.3 制件的整體性好

制件的整體性很好，性能與常規(guī)鍛造件相當，但強度與延伸率等一系列性能都很高。用鋁、鎂合金等輕質金屬制造高質量的零部件，以替代鋼鐵等重金屬，但必須明確的是，目前金屬半固態(tài)加工由于工藝流程較長，且半固態(tài)坯料的成本約占了最終制件成本的一半左右，成本較高。半固態(tài)材料組織晶粒細小圓滑均勻，沒有粗大的樹枝晶，可以消除裂紋等缺陷，組織更加細小密實。另外，半固態(tài)坯料觸變成形可以有效地避免壓鑄零件中的缺陷，但是卻很難避免在充型上的缺陷。

1.4 模鍛成形工藝

半固態(tài)模鍛工藝與傳統(tǒng)模鍛工藝又很不同，模鍛成形是介于固液態(tài)兩者之間的最新工藝，也是在液態(tài)金屬模鍛成形中的一種新方式，它集中了固態(tài)與液態(tài)的優(yōu)勢，所以很多公司及一些廠家都會用它來開發(fā)與制造零件，而且由于模鍛成形技術也應用于生產(chǎn)無切削的黑色金屬，所以，它也為黑色金屬成形做出了貢獻，也為黑色金屬塑性的未來發(fā)展開辟了一條嶄新的道路，這種應用廣泛的第三種工藝將黑色金屬從困境中完美地拯救出來，從而也體現(xiàn)了模鍛成形獨有的作用與工藝。按照模鍛工藝使用設備的不同，模鍛工藝的過程還可以分為：錘上模鍛、熱模鍛壓力機模鍛、平模鍛機、水壓機模鍛等等，雖然種類很多，但都是在依靠壓力的作用之下才能使坯料成形。

2 國內(nèi)外半固態(tài)加工技術的應用

隨著科技的不斷進步，半固態(tài)金屬加工的技術也在不斷的提高與深入，對于半固態(tài)金屬的應用方面已經(jīng)越來越得到人們的認可，它的優(yōu)越性也不斷受到很多廠商的重視，尤其對于汽車行業(yè)，飛機制造行業(yè)等，因為要想在節(jié)約能源、保護環(huán)境和制造安全一些方面做到更好，鋁合金的使用是最為人們所接受的，因此由于鋁合金的大量使用，也促進了金屬加工技術在工業(yè)上的應用，所以歷經(jīng)了30年對于金屬半固態(tài)加工的開發(fā)與應用，如今金屬半固態(tài)加工技術已經(jīng)在北美、歐洲、亞洲等一些發(fā)達國家得到較大的發(fā)展，特別是鋁合金半固態(tài)加工技術在發(fā)達國家已相當成熟，并進入了工業(yè)化生產(chǎn)的階段，目前主要應用在汽車、摩托車、兵器的零部件生產(chǎn)上。

鋁合金半固態(tài)加工技術在兵器、飛行器零部件制造業(yè)的應用方面，美國、法國等軍火生產(chǎn)大國出于領先地位，主要用于生產(chǎn)潛水武器、流體控制系統(tǒng)和導彈部件等等，不僅能夠提高部件的性能與質量，而且能夠大幅度降低生產(chǎn)成本。在國際上，鋁合金半固態(tài)的工業(yè)生產(chǎn)主要采用連續(xù)的鑄造方法，可分為垂直式與水平式兩類。前者多用于品種多、規(guī)格多、生產(chǎn)成本相對較高的地方；后者對于品種較少、直徑小的生產(chǎn)更有優(yōu)勢，生產(chǎn)成本相對較低，投資較小，適合于改造現(xiàn)有鋁合金普通鑄錠水平的生產(chǎn)線上的生產(chǎn)。

3 結束語

金屬半固態(tài)加工技術的不斷發(fā)展一定會推進該行業(yè)的前進，促使金屬加工行業(yè)發(fā)展的更加迅速。近年來，金屬半固態(tài)加工技術越來越被鋁加工市場所重視，并引起了廣泛關注，迅速發(fā)展了起來。在國家“863”計劃的支持下，經(jīng)過幾年的努力，我國已經(jīng)掌握了鋁合金半固態(tài)加工的關鍵技術，主要包括鋁合金半固態(tài)技術、二次加熱技術、半固態(tài)壓鑄技術等，具備了向工業(yè)應用轉化的技術基礎。如東風汽車公司、北京科技大學等單位在國家“863”計劃和本單位自籌資金的支持下對鋁合金半固態(tài)加工技術的研究和應用取得了長足進展。

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