半固态金属触变成形技术(中)

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　　3.5其他方法

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　　除了上述方法外，还有许多制备方法处于研究或开发阶段。如单辊旋转法、粉末冶金法、化学晶粒细化法、液相线凝固法、斜坡冷却法、剪切-冷却-轧制法、脉冲法、超声波处理法等。这些方法目前还尚未投入工业生产。

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　　3.半固态金属的成形工艺

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　　半固态金属的基本成形工艺分为流变成形(Rheoforming)和触变成形(Thixoforming)两种，工艺过程如图3所示。经加热熔炼的合金原料液体通过机械搅拌、电磁搅拌或其他复合搅拌，在结晶凝固过程中形成半固态浆料，接着的工艺分为两种：一种是将半固态浆料直接压入模具腔进而压铸成形或对半固态浆料进行直接轧制、挤压等加工方式成形，即流变成形；另一种是将半固态浆料制成锭坯，经过重新加热至半固态温度，形成半固态浆料再进行成形加工，此即触变成形。半固态金属成形工艺生产出的制品与普通加工方法相比质量更好，这是由于触变材料比液态金属的粘度更大，成形温度更低。以压铸为例，半固态金属是以“较粘的固态前端”充填铸型，而与之相比的金属液则呈“飞溅浪花状”充型,这就更容易卷入气体和夹杂从而产生缺陷；由于半固态金属凝固收缩比全液态金属明显减少，使零件完整性得以改善，尺寸近净形化。表1给出了铝合金半固态成形件和普通成形件的性能比较，可以看出，半固态成形件具有非常明显的性能优势。

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　　表1 A356和A357成形件的力学性能比较

合金	工艺	热处理方法	屈服强度/Mpa	抗拉强度/Mpa	伸长率/%	硬度/ HB
A356 （Al7Si0.3Mg）	SSM	铸态	110	220	14	60
	SSM	T6	240	320	12	105
	PM	T6	186	262	5	80
A357 (Al7Si0.6Mg)	SSM	铸态	115	220	7	75
	SSm	T6	260	330	9	115
	PM	T6	296	359	5	100

　　4.半固态金属的研究应用现状及在我国的发展动向

　　4.1国外研究应用现状

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　　20世纪80年代以来，半固态加工技术已经得到各国科技工作者的普遍承认，目前已经针对这种加工技术开展了许多工艺实验和理论研究，取得了很多的成果。

　　半固态发源于美国，因此在美国这一技术已经基本成熟，处于全球领先地位。Alumax公司率先将此技术转化成生产力，1978年，它使用MHD技术生产出供触变成形用的圆锭。1994年和1996年，Alumax公司分别建成了两座半固态铝合金成形汽车零件的生产工厂；生产的半固态模锻铝合金汽车制动总泵体，由于毛坯尺寸接近零件尺寸，机加工量只占铸件质量的13%，同样的金属型铸件的加工量则占铸件质量的40%。另外，半固态成形的汽车制动泵体质量比金属型铸造的质量轻13%；到1997年，上述两厂的半固态铝合金成形的生产能力分别达到5000万件。该公司共拥有相关专利60多项；Thixoma公司则使用半固态注射成形专利生产镁合金零件。ITT公司用半固态加工技术进行黄铜电接插件的生产。目前，Alumax铝业公司的Mt Holly铝厂和Intalco铝厂已经生产出直径76.2mm和152.4mm的MHD锭。HMM公司为通用生产汽车零件(A356-T6)，日产5000件，并计划将产量提高4倍。另外，EPCO Division,HPM Corporation,Italpresse of America,Prince Machine Corporation等公司已经能够生产半固态铝合金触变成形的专用设备，并通过对压铸过程进行动态监控，改善了压铸件，降低了废品率，节约了能源。

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　　在欧洲，从20世纪80年代以来，意大利、英国、瑞典、德国等国家在半固态应用方面做了大量的研究和应用工作。意大利是半固态加工技术应用最早的国家之一，Stampal-Saa公司使用此技术为Ford汽车公司生产齿轮箱盖和摇臂的国内零件。MM(Magneti Marelli)公司为汽车工业生产半固态铝合金成形的Fuelinjection Rail零件，在2000年日产达到7500件。Weber公司从1993年开始用半固态技术为Nuova Lanacia Delta公司生产油料注射挡。瑞士的Bubler公司已经生产出铝合金触变成形的专用SC型压铸机和铝合金半固态坯料的专用二次加热设备。同时，德国的EFU、法国的Pechiney S A、瑞士的Alusuisse-Lonza、意大利的Fiat等国际知名公司也已经采用了半固态加工技术。

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　　日本于80年代后期，由基础技术研究促进中心和钢铁、有色及重工业等17家公司组建了首家Rheotech公司。随后，该公司对半固态加工技术进行了系统的研究，同时加强与欧美著名大学和公司之间的交流。在1988年3月至1994年6月期间共投资了30亿日元进行研究，其下一步将转向工业应用，开发半固态金属成形件，而汽车零件将是他们的首选目标之一。目前，日本的Speed Star Wheel公司已经利用半固态金属成形技术生产铝合金轮毂(重约5kg)。

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