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鎂課堂:(七十一)話說鎂合金的半固態(tài)成形

2016年08月30日 10:5 6219次瀏覽 來源:   分類: 鎂資訊   作者:

  在鑄造生產(chǎn)鎂合金鑄件時,不僅希望熔體有良好的流動性,能夠滿意地充型成形,能很好地補縮以消除縮孔、疏松等缺陷,而且能獲得細小均勻的晶粒組織,無成分偏析或輕微的偏析,以達到鑄件的致密度高與組織性能優(yōu)異、尺寸精度高的目的,于是研發(fā)成功了一些新的鑄造工藝,并獲得了廣泛應(yīng)用,產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效果,如壓力鑄造、擠壓鑄造、精密鑄造、半固態(tài)成形技術(shù)等。半固態(tài)成形技術(shù)是一種先進的鑄造技術(shù),處于發(fā)展與完善階段,雖然大批量生產(chǎn)汽車車輪、電子零件方面已在美國與歐洲獲得應(yīng)用,但產(chǎn)品批量小時沒有成本競爭力。
  我們知道,金屬熔體在凝固過程中的流動性除了與其本身固有特性密切有關(guān)外,還與熔體中初生固相形態(tài)、尺寸、體積分數(shù)有關(guān),半固態(tài)成形技術(shù)很好地解決了這個復雜的技術(shù)難題,可以鑄出性能優(yōu)秀的鎂合金零件。
  什么是半固態(tài)成形技術(shù)
  半固態(tài)成形技術(shù)又稱半固態(tài)模鍛(SSF,Semi-solid forging)或觸變模鍛(thixoforging),是一種新的零件加工工藝,界于液態(tài)成形(鑄造)與固態(tài)成形(壓力加工)之間的先進成形工藝,是1971年美國馬薩諸塞理工學院(又譯麻省理工學院,Massachusetts Institute of Technology,MIT)弗萊明(Flemings)教授等首次提出來的。它的理念:用物理或機械方法對凝固著的金屬熔體進行強烈攪拌,將凝固了的枝晶枝叉打下,使它們均勻地浮懸于熔體中,形成一種浮懸著一定數(shù)量球狀初生固相的固-液混合漿體即流變漿料,固相的體積通常為50%~90%。
  根據(jù)工藝流程,半固態(tài)成形工藝又可分為兩種:流變成形與觸變成形。前者是將半固態(tài)漿料直接加工成形,后者是先將漿料鑄成錠坯,鋸成一定長度的坯料,然后將其加熱到半固態(tài)區(qū),使坯料中出現(xiàn)一定量的液相,一般為10體積%~90體積%,最后模鍛成形。
  半固態(tài)成形特點
  與常規(guī)鑄造工藝與壓力加工工藝相比,半固態(tài)成形法有以下特點:
  成形溫度較常規(guī)鑄造工藝的低,節(jié)能減排,而且熔體在凝固過程中已釋放了部分潛熱,對模具的熱沖擊有較大的減輕,模具壽命有所提高;
  因為半固態(tài)漿料是一種固-液混合物,成形壓力大幅度下降,容易制備大工件,成形速度快,可以制造結(jié)構(gòu)復雜的零件與薄壁零件;
  鑄件組織優(yōu)秀,細小均勻,通常呈細微的球狀等軸晶組織,不存在傳統(tǒng)鑄件的粗大樹枝狀晶與柱狀晶,鑄件中的氣孔、疏松、偏析等缺陷幾乎不存在或大為減輕。半固態(tài)漿料呈層流形式平穩(wěn)充填型腔,不像常規(guī)熔體那樣有湍流形成,也不會發(fā)生濺射,有利于減少氣體卷入和漿體氧化,顯著改善了鑄件內(nèi)部和表面品質(zhì),還可以減輕對模具的熱沖擊和表面沖刷作用;
  鑄件力學性能全面改善,一般比常規(guī)鑄件的高20%以上;
  適用范圍廣。最初此法是為生產(chǎn)鋁合金鑄件開發(fā)的,但是二元相圖上存在固液兩相區(qū)的合金系都可以進行半固態(tài)成形,如鐵基、鋁基、鋅基、銅基、鎂基等合金均可以;
  容易實現(xiàn)自動化連續(xù)化生產(chǎn),工藝過程可控性較強,當然不適合小批量生產(chǎn),通常年產(chǎn)量不宜少于50萬件。
  總體上,流變鑄造工藝簡單,不需要二次加熱,節(jié)能減排,鑄件和鍛件成本也較低,但漿料保持和輸送要求嚴格和困難,也不易實現(xiàn)自動化連續(xù)作業(yè),因而發(fā)展緩慢,國內(nèi)外工業(yè)應(yīng)用半固態(tài)成形技術(shù)是指觸變鑄造技術(shù)與觸變模鍛技術(shù)。在實施觸變成形時,第一道主要工序是制備半固態(tài)坯料,因而加大了生產(chǎn)成本,同時還要進行二次加熱,耗費電能,工藝較為復雜,然而卻容易實現(xiàn)自動化連續(xù)生產(chǎn),因而得到了較大發(fā)展,國外已建成多條商業(yè)化生產(chǎn)線,主要生產(chǎn)鋁合金零件。
  近20年來,科學家將塑料注射成形工藝移置到金屬半固態(tài)成形中,形成流變-觸變注射鑄造成形新工藝,集半固態(tài)金屬漿料制備、輸送、成形等過程于一體,使半固態(tài)技術(shù)進入商業(yè)化生產(chǎn)階段變成現(xiàn)實。
  世界半固態(tài)成形技術(shù)進展
  鎂合金半固態(tài)鑄造技術(shù)優(yōu)點是顯而易見的,但也有一些難以克服的缺點,所以進展不快,規(guī)模也不大。1987年美國道屋化學公司(Dow)研發(fā)成功鎂合金半固態(tài)成形技術(shù)并建成了全球首條商業(yè)化生產(chǎn)線;美國西克索馬公司(Thixoma)以噴射沉積鎂合金錠坯為原料,采用半固態(tài)成形技術(shù)模鍛鎂合金零件;美國威斯康辛林堡(Linberg)觸變成形發(fā)展中心采用觸變鑄造機半固態(tài)鑄造鎂合金汽車離合器片及傳動系統(tǒng)零件等。而對鎂合金半固態(tài)成形技術(shù)進行研究的科學家包括中國的科學家在內(nèi)更是不勝枚舉。采用半固態(tài)成形技術(shù)制備汽車鎂合金零配件有著廣闊的潛力。

責任編輯:淮金

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