半固態(tài)成型技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和展望

1、<p>　　半固態(tài)成型技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和展望</p><p>　　[摘 要]半固態(tài)成型技術(shù)是一種新型的材料成型技術(shù)，為了加深人們對半固態(tài)成形技術(shù)的認(rèn)識，本文以半固態(tài)成型技術(shù)與液態(tài)成型和塑性成型的本質(zhì)區(qū)別為基礎(chǔ)，采用對比分析討論的方法總結(jié)了半固態(tài)成型技術(shù)的特點與優(yōu)勢，介紹了半固態(tài)成型技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并對我國的半固態(tài)成型技術(shù)的發(fā)展做出了合理的展望。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞

2、]半固態(tài)成型 流變成型 觸變成型 發(fā)展現(xiàn)狀 展望 </p><p>　　中圖分類號：TQ175.6+2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）03-0115-01 </p><p>　　目前，半固態(tài)成型方法已有許多新的發(fā)展，國外已大量用于工業(yè)生產(chǎn)，國內(nèi)仍處于研究和試驗階段。本文對半固態(tài)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了闡述，并對我國的半固態(tài)成型做了展望。 </p><p

3、>　　1 半固態(tài)成型技術(shù) </p><p>　　1.1 半固態(tài)成型技術(shù)的概念 </p><p>　　半固態(tài)這一概念，最初來自于美國麻省理工學(xué)院在研究半固態(tài)Sn-15%Pb合金高溫撕裂的力學(xué)性能時[1]，發(fā)現(xiàn)金屬材料在凝固過程中經(jīng)強(qiáng)力攪拌后，枝晶網(wǎng)絡(luò)骨架被打碎[3]，成為近球狀組織，此時的半固態(tài)金屬具有成型時所需要的優(yōu)異性能，易于通過普通加工方法制成制品，并冠以半固態(tài)成型，一直沿用至今

4、。 </p><p>　　1.2 半固態(tài)成型技術(shù)的特點與優(yōu)勢 </p><p>　　金屬材料無論是由固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變還是相反的過程，不可避免的存在者固液共存的狀態(tài)即半固態(tài)。半固態(tài)成型利用半固態(tài)金屬固液共存所呈現(xiàn)出的特性即流變性和觸變性[4]。 </p><p>　　半固態(tài)成型技術(shù)利的特點和優(yōu)勢是： </p><p>　　首先，半固態(tài)成型具有潛在

5、工業(yè)應(yīng)用價值。減少了凝固潛熱，降低鑄型的熱蝕，提高模具壽命；減少了凝固收縮，減少了縮孔，降低偏析，細(xì)化晶粒，可進(jìn)行后續(xù)熱處理。 </p><p>　　其次，半固態(tài)成型流動應(yīng)力比固態(tài)金屬低。變形抗力非常小，可成型復(fù)雜零件，提高零件成型速度，縮短加工周期，提高材料利用率，降低成本。 </p><p>　　最后，半固態(tài)成型黏度比液態(tài)金屬高且容易控制。充型平穩(wěn)，減少氣體卷入和氧化，改善材料加工性能

6、；減少粘模傾向，可進(jìn)行更高速的零件成型，改善零件表面光潔度，易實現(xiàn)自動化。 </p><p>　　由此可見，半固態(tài)成型技術(shù)具有四個特征：一是被加工材料的狀態(tài)是固液混合物，而不是純液體或純固體；二是加工溫度范圍在合金固相線溫度和液相線溫度之間；三是材料中的固相是非枝晶形態(tài)，而不是常見的樹枝晶；四是成形可以有外力（零件成形），也可以是重力（半固態(tài)連鑄）。因此，利用半固態(tài)的特性，顯著提高了成型精度和效率，有著巨大的工業(yè)

7、應(yīng)用潛力。 </p><p>　　2 半固態(tài)成型技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　2.1 半固態(tài)成型技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　我國是20世紀(jì)70年代末開始對半固態(tài)進(jìn)行研究并取得了一些成果。如北京有色金屬研究總院利用電磁攪拌設(shè)備已能夠連續(xù)生產(chǎn)直徑為80mm的鋁合金半固態(tài)坯料，并與東風(fēng)汽車公司合作，試驗用半固態(tài)鋁合金生產(chǎn)汽車零部件；重慶大學(xué)與重慶九

8、方鑄造公司合作，采用觸變成型技術(shù)制成JH70型摩托車發(fā)電機(jī)支架；北京科技大學(xué)用電磁攪拌法成功制備出半固態(tài)AlSi7Mg合金，并用觸變成型技術(shù)生產(chǎn)出汽車制動總泵泵體毛坯。 </p><p>　　北京有色金屬研究院的半固態(tài)研究開發(fā)部，多年以來該部共承擔(dān)國家“863”、“973”等大型項目8項，近年來，已建成國內(nèi)第一條年產(chǎn)300噸的鋁合金半固態(tài)材料制備生產(chǎn)線，現(xiàn)可批量提供A356、ZL108、AS9U3、 A390、7

9、075、AHS、2024、6061、5657等多種合金牌號的半固態(tài)坯料，同時還可提供半固態(tài)坯料制備、流變制漿機(jī)、二次加熱專用加熱設(shè)備等鋁合金、鎂合金半固態(tài)加工成套設(shè)備和技術(shù)服務(wù)。 </p><p>　　目前，美國的半固態(tài)成型技術(shù)處于全球領(lǐng)先地位。阿盧馬克斯公司已建成2座半固態(tài)鋁合金成型汽車零件生產(chǎn)廠，其生產(chǎn)的半固態(tài)模鍛鋁合金汽車制動總泵體機(jī)加工量只占鑄件質(zhì)量的13%，且質(zhì)量減少了13%左右[2]。此外，Hot M

10、etal Molding公司、Lindberg公司、EPCO Division、HPM Corporation等公司均已應(yīng)用半固態(tài)成型技術(shù)生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零部件。如汽車用剎車制動缸體和鋁合金輪轂、空調(diào)設(shè)備部件、轉(zhuǎn)向與傳動系統(tǒng)零件、活塞、燃油系統(tǒng)零件等，并且這些零件已應(yīng)用于Ford、Volvo、BMW和Audi等歐美名牌汽車上[5]。近年來用半固態(tài)技術(shù)生產(chǎn)的航空航天器上使用的電子器件的連接部件等已應(yīng)用于軍事航空領(lǐng)域。這些半固態(tài)成型零件包括許

11、多銷和定位裝置，它們的公差精度接近甚至優(yōu)于機(jī)加工。歐洲各國中如意大利Stampal SPA公司利用半固態(tài)鋁合金為Alfa Romeo Spider Sports Car；英國的P.Kapranos等采用半固態(tài)變成型技術(shù)將M2工具鋼制成高精度、高表面品質(zhì)的齒輪；Thixnmat公司1994年開始采用觸變成型技術(shù)進(jìn)行鋁合金齒輪箱的生產(chǎn)，每件生產(chǎn)時間</p><p>　　2.2 我國半固態(tài)成型技術(shù)發(fā)展展望 </p

12、><p>　　我國對半固態(tài)成型技術(shù)的研究雖然較晚，但是在基礎(chǔ)理論研究方面與國外并不存在明顯的差距，我國從20世紀(jì)80年代開始，國家自然科學(xué)基金、863計劃、973計劃先后支持了不少高校和科研單位從事半固態(tài)成型技術(shù)的研究；哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)、北京有色金屬研究總院等高校和科研單位也有諸多科研成果在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊發(fā)表。然而，我國半固態(tài)技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用卻鮮有實例報道。目前僅半固態(tài)研究開發(fā)部建成了年產(chǎn)300萬噸的鋁合金半

13、固態(tài)材料制備生產(chǎn)線。究其原因，這與我國企業(yè)的發(fā)展模式有較大的關(guān)系。這些年來，支持半固態(tài)成型技術(shù)的科研經(jīng)費主要來自于國家以及政府單位，鮮有企業(yè)愿意提供經(jīng)費從事這方面的研究；同時，相關(guān)企業(yè)過于注重近期利益，不愿改進(jìn)或采用新工藝，不愿與科研單位合作開展專題研究等，都限制了我國半固態(tài)成型技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用與發(fā)展。總體而言，我國半固態(tài)成型技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用規(guī)模仍然較小，相對滯后。為了提高我國在國際市場上的競爭力，有必要推動半固態(tài)成型技術(shù)在我國的長足發(fā)展和

14、應(yīng)用。因此，認(rèn)為應(yīng)該采取以下措施： </p><p>　　（1）繼續(xù)加強(qiáng)半固態(tài)成型技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究。 </p><p>　?。?）要進(jìn)一步加大基礎(chǔ)理論和技術(shù)創(chuàng)新的投入力度，爭取走在基礎(chǔ)理論的研究前沿。 </p><p>　?。?）應(yīng)開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的半固態(tài)漿料制備新技術(shù)，降低坯料的生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。 </p><p>　?。?）大

15、力開發(fā)新型合金的半固態(tài)成型工藝，努力擴(kuò)展半固態(tài)成型技術(shù)的應(yīng)用范圍。 </p><p>　?。?）國家應(yīng)該鼓勵相關(guān)企業(yè)參與半固態(tài)成型技術(shù)的研究，鼓勵相關(guān)企業(yè)積極引進(jìn)、吸收國外先進(jìn)半固態(tài)成型技術(shù)。同時采取一定的優(yōu)惠政策，鼓勵企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造，努力為廣大科研單位創(chuàng)造試驗平臺，爭取在最短的時間內(nèi)將先進(jìn)研究成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b>&l

16、t;/p><p>　　[1] M.C.Flemings.Metallurgical Transactions B，1991，22：269-292. </p><p>　　[2] 羅守靖，田文彤，謝水生，毛衛(wèi)民. 半固態(tài)加工技術(shù)及應(yīng)用[J]：中國有色金屬學(xué)報2000，10：765-773. </p><p>　　[3] M.C.Flemings， J.Yurko，R.Ma

17、rtinez. Solidification Processes and Microstructures[J]：A Symposium in Honor of Wilfried Kurz，2004：3-14. </p><p>　　[4] 毛衛(wèi)民，半固態(tài)金屬成形技術(shù)[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2004. </p><p>　　[5] 林文金，半固態(tài)成型技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀[J]：機(jī)電技術(shù)，200