先進(jìn)凝固技術(shù)論文

1、<p>　　二 ○ 一 五 年 專 業(yè) 課 論 文</p><p>　　先 進(jìn) 凝 固 技 術(shù)</p><p>　　學(xué) 院：材料科學(xué)與工程學(xué)院</p><p>　　專 業(yè)：材料工程</p><p>　　姓 名：郭皓</p><p>　　學(xué) 號(hào)：2014231008<

2、;/p><p><b>　　專業(yè)課教師：張曉峰</b></p><p><b>　　一 前言</b></p><p>　　鎂及鎂合金作為一種新型的應(yīng)用材料，近年來(lái)已廣泛應(yīng)用于軍用、民用領(lǐng)域，如在航空航天、航海、通信、醫(yī)療、廣播電視、音響影像器材、微電子技術(shù)、光學(xué)儀器等領(lǐng)域內(nèi)，在汽車、摩托車、工具、家電電器、手機(jī)、計(jì)算機(jī)及電子設(shè)

3、備等制品中都可看到鎂合金的身影，在煉鋼脫硫、鋁合金生產(chǎn)、防腐工程中都離不開(kāi)鎂原料。在汽車行業(yè)，上海汽車集團(tuán)公司、一汽集團(tuán)、東風(fēng)汽車集團(tuán)、江鈴汽車公司等國(guó)內(nèi)大的汽車公司均開(kāi)始使用鎂制零部件。根據(jù)相關(guān)研究，汽車單車自重每減輕100Kg，每百公里耗油可減少0.7L左右，每節(jié)省1L燃料可減少二氧化碳排放量2.5g。而通過(guò)鎂合金零部件的使用可有效的實(shí)現(xiàn)汽車輕量化目標(biāo)。鎂合金應(yīng)用于交通工具，除減重和降低油耗，還可以提高整車加速、制動(dòng)性能，還能降低行

4、駛振動(dòng)和噪聲，提高舒適度，可以加快散熱，使發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能提高一個(gè)檔次，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　鎂合金的半固態(tài)成形目前是各國(guó)研究的熱點(diǎn)：Ya-no Ei ji等利用余熱的冷卻斜槽近液相線鑄造獲得了半固態(tài)AZ91D鎂合金組織；J M Kim等利用兩步加熱法得到了半固態(tài)AZ91鎂合金漿料；Czerwinski F開(kāi)發(fā)了半固態(tài)加工與擠壓、噴射成形結(jié)合在一起的新的鎂合金加工技術(shù)，以Mg-9% Al-1%

5、Zn為例分析了組織性能變化規(guī)律；Chen J Y和Fan Z研究了半固態(tài)漿料的流變模型；Koren Z等研究了AZ91和AM503鎂合金半固態(tài)熱壓鑄和冷壓鑄成形。 </p><p>　　可以看到鎂合金半固態(tài)的研究雖然很多，但主要集中在漿料制備、二次加熱重熔、觸變成形幾個(gè)方面，僅有幾個(gè)流變成形研究也只是在實(shí)驗(yàn)室，工藝還不成熟，與應(yīng)用有一定的距離。雖然半固態(tài)流變成形技術(shù)應(yīng)用更少，但與觸變成形相比，流變成形更節(jié)省能源、

6、流程更短、設(shè)備更緊湊，因此流變成形技術(shù)仍然是未來(lái)金屬半固態(tài)加工技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。所以開(kāi)發(fā)鎂合金的新成型工藝具有重大意義。</p><p><b>　　二 鎂合金的簡(jiǎn)述</b></p><p>　　1 鎂及鎂合金的性能</p><p>　　鎂是地球上排位第八位的富有金屬元素，其含量約占地殼重量的2%，在金屬元素中僅次于鋁和鐵；鎂同是也是海水

7、中的第三富有元素，約占海水重量的0.13%。鎂合金是工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。此外鎂合金由于有較高的比強(qiáng)度、比剛度、減震度、耐磨性、導(dǎo)熱性、電磁屏蔽性、易切削性和易回收等良好的綜合性能，從而成為汽車、航空航天及電子通訊等行業(yè)的重要新型原材料。在能源、資源日益匱乏和環(huán)保問(wèn)題日趨突出的今天，鎂合金材料被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色工程結(jié)構(gòu)材料”，具有良好綜合性能的輕質(zhì)鎂合金材料正成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。</p><p>　　

8、2 鎂合金的廣泛應(yīng)用</p><p>　　鎂及鎂合金作為一種新型的應(yīng)用材料，近年來(lái)已廣泛應(yīng)用于軍用、民用領(lǐng)域，如在航空航天、航海、通信、醫(yī)療、廣播電視、音響影像器材、微電子技術(shù)、光學(xué)儀器等領(lǐng)域內(nèi)，在汽車、摩托車、工具、家電電器、手機(jī)、計(jì)算機(jī)及電子設(shè)備等制品中都可看到鎂合金的身影，在煉鋼脫硫、鋁合金生產(chǎn)、防腐工程中都離不開(kāi)鎂原料。在汽車行業(yè)，上海汽車集團(tuán)公司、一汽集團(tuán)、東風(fēng)汽車集團(tuán)、江鈴汽車公司等國(guó)內(nèi)大的汽車公司均

9、開(kāi)始使用鎂制零部件。根據(jù)相關(guān)研究，汽車單車自重每減輕100Kg，每百公里耗油可減少0.7L左右，每節(jié)省1L燃料可減少二氧化碳排放量2.5g。而通過(guò)鎂合金零部件的使用可有效的實(shí)現(xiàn)汽車輕量化目標(biāo)。鎂合金應(yīng)用于交通工具，除減中和降低油耗，還可以提高整車加速、制動(dòng)性能，還能降低行駛振動(dòng)和噪聲，提高舒適度，可以加快散熱，使發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能提高一個(gè)檔次，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　鎂合金所具有的優(yōu)異的鑄造性能及

10、良好的比強(qiáng)度、比剛度和抗撞能力，能充分滿足3C產(chǎn)品高度集成化、微薄化、微型化、抗摔撞等要求。因此當(dāng)前在手機(jī)、筆記本電腦、PDA、CD機(jī)、網(wǎng)盤、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、MP3、便攜DVD等行業(yè)，也已經(jīng)建立了一批專門生產(chǎn)3C產(chǎn)品專用鎂合金部件的企業(yè)，掀起了鎂合金部件企業(yè)的建設(shè)。我國(guó)如青島金谷鎂業(yè)公司、長(zhǎng)春華禹鎂業(yè)公司和富士康公司等。</p><p>　　煉鋼脫硫是在中國(guó)鎂的應(yīng)用量突起的另一個(gè)重要領(lǐng)域。隨著汽車工業(yè)、石油、天

11、然氣管線、橋梁建筑等領(lǐng)域高強(qiáng)度低硫鋼的需求增長(zhǎng)，近幾年鞍鋼、寶鋼、武鋼等鋼廠已開(kāi)始采用鎂制脫硫劑進(jìn)行脫硫，獲得低硫優(yōu)質(zhì)鋼。</p><p>　　3 鎂合金的加工技術(shù)</p><p>　　目前鎂合金產(chǎn)品的80%是通過(guò)鑄造方法獲得。包括砂型鑄造、金屬型鑄造、重力鑄造、熔模鑄造、消失模鑄造、永久模鑄造和壓鑄等在內(nèi)的多種鑄造方法均可用于鎂合金成型，其中壓鑄是最成熟、應(yīng)用最廣的方法。此外半固態(tài)鑄造、

12、擠壓、軋制等成形方法也可以應(yīng)用于制造鎂合金。但是鎂合金的廣泛應(yīng)用遇到了一些問(wèn)題：</p><p>　　鎂合金在熔煉中極容易燃燒，在熱加工過(guò)程中極容易氧化。 </p><p>　　鎂合金化學(xué)性質(zhì)比較活潑，耐腐蝕性較差。</p><p>　　鎂合金的高溫強(qiáng)度、蠕變性能較低，限制了鎂合金在高溫下的使用。</p><p>　　鎂合金的常溫力學(xué)性能，特

13、別是強(qiáng)度和塑性、韌性有待進(jìn)一步提高。</p><p>　　鎂合金的合金系列相對(duì)很少，特別是變形鎂合金的研究開(kāi)發(fā)嚴(yán)重滯后。</p><p><b>　　三 半固態(tài)成型技術(shù)</b></p><p>　　1 半固態(tài)成型技術(shù)簡(jiǎn)介</p><p>　　半固態(tài)金屬加工技術(shù) ( semi solid metal forming )，

14、簡(jiǎn)稱 SSM。它是利用半固態(tài)金屬相當(dāng)?shù)偷募羟袘?yīng)力以及很好流動(dòng)性的特點(diǎn)，將這種既非完全液態(tài),又非固態(tài)的金屬漿料加工成型的一種新型加工方法。SSM 應(yīng)用范圍廣，存在固液兩相區(qū)的合金均可實(shí)現(xiàn)，并能適用于鑄造、擠壓、鍛壓、焊接等多種加工工藝。其充型平穩(wěn)，加工溫度低，凝固收縮小，因而鑄件尺寸精度高，表面平整光滑，鑄件內(nèi)部組織致密，氣孔、偏析等缺陷少，晶粒細(xì)小，力學(xué)性能高。另外，半固態(tài)合金流動(dòng)應(yīng)力低，成形速度快，由于成形溫度低，對(duì)模具的熱沖擊低，因

15、而鑄模壽命大幅提高，并且與普通鑄造相比可節(jié)約能源。因此，半固態(tài)金屬成形技術(shù)得到了國(guó)際上的普遍重視，成為材科學(xué)科的研究熱點(diǎn)。</p><p><b>　　2 半固態(tài)成形工藝</b></p><p>　　半固態(tài)金屬加工工藝的工藝路線通常有兩條：</p><p>　?。?） 經(jīng)攪拌獲得的半固態(tài)金屬漿料在保持其半固態(tài)溫度的條件下直接進(jìn)行半固態(tài)加工 ,

16、通常被稱為流變鑄造 ( Rheocasting ) 。</p><p>　?。?）將半固態(tài)漿料冷卻凝固成坯料后 , 根據(jù)產(chǎn)品尺寸下料 , 再重新加熱到半固態(tài)溫度 , 然后進(jìn)行成形加工 , 這稱為觸變成形 ( Thixoform ing ) 。</p><p><b>　　2.1 流變鑄造</b></p><p>　　如圖所示，在凝固期間，對(duì)合金

17、施加攪拌，使?jié){料中形成非枝晶固相，然后像液態(tài)金屬壓鑄一樣直接將半固態(tài)漿料注入壓型中成形，這種工藝稱之為流變鑄造。</p><p>　　流變鑄造充型前漿料已呈半固態(tài)狀態(tài)，雖然粘度較高，但具有良好的流動(dòng)性，充型流態(tài)為層流，因此可以制造尺寸精確、形狀復(fù)雜、沒(méi)有內(nèi)部孔隙的高質(zhì)量零部件。這種加工方法的缺點(diǎn)是半固態(tài)漿料儲(chǔ)運(yùn)比較困難，所以應(yīng)用受到很大限制。</p><p><b>　　2.2

18、觸變成形</b></p><p>　　觸變加工工藝原理是將半固態(tài)坯料加熱至固液兩相區(qū)某一溫度，保持一定的固液相比例，然后對(duì)之實(shí)施成型，如圖所示。加熱坯料通常采用電磁感應(yīng)加熱的方法。將半固態(tài)坯料送往成形機(jī)進(jìn)行成型的方式有如下幾種 :</p><p>　　(1) 觸變壓鑄，其成形設(shè)備是壓鑄機(jī)。</p><p>　　(2) 觸變鍛造，其成形設(shè)備是壓力機(jī)。<

19、;/p><p>　　(3) 觸變擠壓，其成形設(shè)備是軋機(jī)。</p><p>　　上述成形方法中，前兩種工藝已在工業(yè)上應(yīng)用，后—種尚不成熟。</p><p><b>　　2.3 射鑄成形</b></p><p>　　通過(guò)加熱源和特殊的螺旋推進(jìn)系統(tǒng)將具有枝晶組織的合金錠在傳輸過(guò)程中加熱剪切 , 使其具有流變性后射入模具型腔成型。美

20、國(guó)威斯康辛觸變成形發(fā)展中心采用射鑄成型進(jìn)行鎂合金半固態(tài)生產(chǎn)。</p><p>　　3 半固態(tài)坯料的制備</p><p>　　SSM中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是如何制備優(yōu)質(zhì)的半固態(tài)棒坯。通常，半固態(tài)金屬漿料的制備方法有機(jī)械攪拌法，電磁攪拌法和應(yīng)變激活法。此外還有噴射成形法，紊流效應(yīng)法等。</p><p><b>　　3.1 機(jī)械攪拌法</b></p

21、><p>　　機(jī)械攪拌法是制備半固態(tài)金屬最早使用的方法，它可以通過(guò)控制攪拌溫度、攪拌速度和冷卻速度等工藝參數(shù)，使初生樹(shù)枝狀晶破碎而成為顆粒結(jié)構(gòu)。采用機(jī)械攪拌法可以獲得很高的剪切速率，有利于形成細(xì)小的球微觀結(jié)構(gòu)。通常有兩種類型，一種是由兩個(gè)同心帶齒的圓筒所組成，裝漿料的內(nèi)筒保持靜止，外筒旋轉(zhuǎn)。另一種是在熔融的金屬中插入一根攪拌捧進(jìn)行攪動(dòng)。機(jī)械攪拌法設(shè)備簡(jiǎn)單，但操作困難，攪拌腔體內(nèi)部往往存在攪拌不到的死區(qū)，影響了漿料的均

22、勻性，而且攪拌葉片易被腐蝕，攪拌棒污染合金，生產(chǎn)效率低。</p><p><b>　　3.2 電磁攪拌法</b></p><p>　　電磁攪拌法是利用電磁感應(yīng)在凝固的金屬液中產(chǎn)生感應(yīng)電流，在外加旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下促進(jìn)金屬固液漿料激烈地?cái)噭?dòng)，成渦流運(yùn)動(dòng)，使傳統(tǒng)的枝晶組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵У臄嚢杞M織 。一般影響電磁攪拌效果的因素有攪拌功率、冷卻速度、金屬液溫度、澆注速度等。電磁攪

23、拌的突出優(yōu)點(diǎn)是不用攪拌器 ，不會(huì)污染金屬漿料，也不會(huì)卷入氣體。電磁參數(shù)控制方便靈活，尤其適用于高熔點(diǎn)金屬的半固態(tài)制備。但設(shè)備投資大，工藝復(fù)雜，成本較高，由于“積膚”效應(yīng)，該技術(shù)只運(yùn)用于直徑小于 150mm 的錠坯。在眾多制備方法中 , 電磁攪拌法是一種較好的方法。</p><p><b>　　3.3 應(yīng)變激活法</b></p><p>　　應(yīng)變激活法，就是預(yù)先連續(xù)鑄造

24、晶粒細(xì)小的金屬錠，再將其熱擠壓達(dá)到一定變形，在組織中儲(chǔ)存部分變形能量，最后按需要將變形后的金屬錠分切成一定大小，加熱到半固態(tài)。在加熱過(guò)程中，首先發(fā)生再結(jié)晶，然后部分熔化，使固相晶粒分散在液相基體中，得到半固態(tài)坯料。該法制備的金屬坯料純凈、產(chǎn)量大，對(duì)制備較高熔點(diǎn)的非枝晶組織合金具有其獨(dú)特的優(yōu)越性，但成本高。</p><p>　　3.4 液相線鑄造法 </p><p>　　將合金熔體在液相線溫

25、度附近保溫一定時(shí)間后，進(jìn)行澆鑄，以獲得適合觸變成形的半固態(tài)金屬。液相線鑄造合金熔體溫度低、溫度場(chǎng)均勻，在澆鑄過(guò)程中大量晶核在熔體中均勻產(chǎn)生，形成細(xì)小、均勻、等軸的半固態(tài)漿料。該方法簡(jiǎn)單高效、節(jié)能節(jié)材。</p><p><b>　　3.5紊流效應(yīng)法</b></p><p>　　紊流效應(yīng)法的原理是讓金屬液通過(guò)特制的紊流裝置，利用金屬液的紊流效應(yīng)抑制枝晶生長(zhǎng)。該方法對(duì)紊流裝

26、置的結(jié)構(gòu)和材料以及加工技術(shù)要求很高。目前尚未見(jiàn)工業(yè)應(yīng)用報(bào)道。</p><p><b>　　3.6 噴射成形法</b></p><p>　　此方法是金屬熔化成液態(tài)金屬后，霧化為熔滴顆粒，在噴射氣體作用下部分凝固的微滴直接沉積在收集基板上。當(dāng)每個(gè)熔滴的沖擊能夠產(chǎn)生足夠的剪切力打碎熔滴內(nèi)部形成的枝晶時(shí)，凝固后便成為顆粒狀組織，加熱到局部熔化時(shí)，也可得到具有球形顆粒固相的半固

27、態(tài)金屬漿料。</p><p>　　4 SSM的微觀組織</p><p>　　4.1 微觀組織特點(diǎn)</p><p>　　半固態(tài)金屬的微觀組織顯著特點(diǎn)是球狀晶粒組織懸浮于液相之中。影響組織形態(tài)的因素很多，其中冷卻速率、剪切速率和固相率起著關(guān)鍵作用。半固態(tài)金屬表現(xiàn)出偽塑性，其動(dòng)力粘度與剪切速率之間滿足指數(shù)定律，增大剪切速率或降低冷卻速率均可加速球化過(guò)程。固相率一般在 10

28、% ～ 20% 時(shí)有一臨界值。大于此臨界值時(shí)，半固態(tài)金屬的剪切力隨固相率的增大而迅速增大。其它條件不變時(shí)，固相率高的漿料中初生相更加細(xì)小，分散度高，但若固相率過(guò)高，則失去半固態(tài)特性 , 接近固態(tài)金屬性質(zhì)。</p><p>　　4.2形成過(guò)程及機(jī)理</p><p>　　枝晶球化過(guò)程示意圖如圖。在凝固初期，固相細(xì)小，由于劇烈攪拌，熔體的熱梯度很小，固相顆粒分散在液相中，顆?；境手睢＞Я５?/p>

29、一定尺寸時(shí)，由于流動(dòng)液體的作用，枝晶臂發(fā)生彎曲，相互靠近或緊貼，逐漸融合并生長(zhǎng)。如果端部首先熔合，枝晶臂間的液體就包在中間，晶粒形狀得到球化。由于劇烈攪拌，晶粒被卷入高溫區(qū)后，較長(zhǎng)的枝晶臂也容易被熱流熔斷，這是因?yàn)橐话阒П鄹恐睆揭∮谄渌糠郑叶沃П鄹康娜苜|(zhì)含量要比其表面高些，故其熔點(diǎn)要低一些，易被熔斷。再者，攪拌使整個(gè)熔體熱流梯度相對(duì)較小，且在各方面趨于一致，因此單個(gè)結(jié)晶顆粒等軸生長(zhǎng)。故SSM 組織的形狀是球形或橢球形

30、。</p><p>　　5 SSM 技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　目前半固態(tài)加工的工業(yè)應(yīng)用雖然還處于初期階段，但是其應(yīng)用前景已十分明顯，它可用于汽車、電子、電器、運(yùn)動(dòng)器材等零部件的生產(chǎn)。鋁、銅、鋅、銀、鎂等各種合金和碳鋼、不銹鋼這些常用材料均可實(shí)現(xiàn)半固態(tài)成形。目前最成功和最廣泛就是應(yīng)用于鋁合金的制備。這是因?yàn)殇X合金的熔點(diǎn)較低，使用范圍廣泛，而且鋁合金具有較寬液固共存區(qū)。其中包括A12

31、Cu、Al2Si、Al2 Pb 等合金。對(duì)鎂合金、鋅合金和銅合金、某些工具鋼、鎳基合金以及低合金鋼，SSM 技術(shù)正在開(kāi)展大量的研究工作，并取得一定的成效。歐洲、美國(guó)與日本是半固態(tài)鑄造技術(shù)研究與應(yīng)用的主要地區(qū)。鋁、鎂合金半固態(tài)鑄造技術(shù)在西方發(fā)達(dá)國(guó)家已進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用的成長(zhǎng)期。目前國(guó)外已建立了許多半固態(tài)鑄造廠，美國(guó)的 ALUMAX 公司就于1994年建立了半固態(tài)鑄造技術(shù)生產(chǎn)汽車零件的工廠，每年可生產(chǎn)2400萬(wàn)個(gè)零部件，零件單重從10g 到10k

32、g,直徑最大達(dá)500mm。</p><p>　　我國(guó)的半固態(tài)加工技術(shù)起步較晚，開(kāi)始于20世紀(jì)80年代后期，先后有東南大學(xué)、北京有色金屬研究總院、東北大學(xué)、北京科技大學(xué)、清華大學(xué)等單位從事SSM的科研工作，取得了可喜的進(jìn)步。其中東南大學(xué)的朱鳴芳等人對(duì)Zn2Al合金的半固態(tài)加工成形性，半固態(tài)等溫處理時(shí)對(duì)觸變組織的影響作了大量的研究工作。中南大學(xué)對(duì)噴射沉積 - 半固態(tài)擠壓進(jìn)行了研究。在國(guó)家“ 863 ”計(jì)劃支持下，北京

33、有色金屬研究總院自行設(shè)計(jì)建立了一條半固態(tài)材料制備試驗(yàn)線，于 1998 年10月實(shí)現(xiàn)了A357鋁合金半固態(tài)半連續(xù)流變鑄造，鑄錠直徑 60mm , 長(zhǎng)度達(dá)1600mm，目前仍處于試制階段，離工業(yè)應(yīng)用還有一段距離。</p><p>　　四 鎂合金半固態(tài)成型</p><p>　　1 鎂合金的半固態(tài)流變鑄造</p><p>　　鎂合金半固態(tài)流變鑄造，是將經(jīng)攪拌等工藝獲得的半固

34、態(tài)漿料在其半固態(tài)溫度的條件下直接擠入型腔的一種鑄造方法。流變鑄造必須是制漿和壓力成形同時(shí)進(jìn)行，而且工位要接近，否則由于半固態(tài)金屬漿液的保存和輸送很不方便，這種方法很難投入實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，也有人嘗試直接在壓鑄機(jī)壓室中用電磁攪拌方法制備半固態(tài)金屬漿料，然后將其擠入模具型腔中成形。該工藝的關(guān)鍵是制得固相為球團(tuán)狀的半固態(tài)組織。目前，常用的半固態(tài)組織的制備工藝有機(jī)械攪拌法、電磁攪拌法、應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法和半固態(tài)等溫?zé)崽幚矸ā⒒瘜W(xué)晶粒細(xì)化法、形變熱

35、處理法及噴射沉積法等。</p><p>　　2 鎂合金的半固態(tài)觸變鑄造</p><p>　　半固態(tài)觸變鑄造也叫半固態(tài)觸變成形，是將經(jīng)攪拌或加熱等工藝獲得的半固態(tài)坯料冷卻凝固后，按所需尺寸下料，再重新加熱到半固態(tài)溫度，然后壓入模具型腔中進(jìn)行成形加工。該法由于半固態(tài)金屬坯料的加熱、運(yùn)輸較方便，并且成形過(guò)程容易控制，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，因此已成為目前鎂合金半固態(tài)鑄造的主要工藝。</p>

36、;<p>　　3 鎂合金的半固態(tài)觸變鍛造</p><p>　　半固態(tài)觸變鍛造是將半固態(tài)金屬先置于一半開(kāi)型的模具中，另一半模具由壓力機(jī)帶動(dòng)完全合型，坯料經(jīng)過(guò)壓縮變形從而得到所需形狀，此工藝應(yīng)用并不廣泛。但觸變鍛造可以成型變形抗力較大的高固相分?jǐn)?shù)的半固態(tài)鎂合金，并能生產(chǎn)出一般鍛造難以達(dá)到的復(fù)雜形狀零件。</p><p>　　4 鎂合金的半固態(tài)注射成形</p><

37、;p>　　該法是由美國(guó)Daw chemical公司開(kāi)發(fā)，專門用于鎂合金的成形。此工藝與流變鑄造的區(qū)別在于不需要事先將原料經(jīng)攪拌制成半固態(tài)漿料；它與觸變鑄造的區(qū)別在于不需要將半固態(tài)漿料制成半固態(tài)錠料，再將錠料加熱后送入成形設(shè)備，而是類似于塑料的注射成形，因此簡(jiǎn)單、干凈。</p><p>　　首先，利用專門的機(jī)械裝置將鑄錠切成3-6mm的顆粒，然后，在室溫下通過(guò)料斗預(yù)合金化并送入高溫螺旋混合機(jī)中加熱，與此同時(shí)受

38、到機(jī)器剪切，加熱能量由感應(yīng)加熱線圈和電阻加熱元件提供，采用Ar作為保護(hù)氣體。金屬變?yōu)榘牍虘B(tài)后，將其放入定量觸變漿料收集器中，當(dāng)固相率達(dá)到30%-50%時(shí)，以混料螺旋為活塞，通過(guò)噴嘴將半固態(tài)金屬高速射入到壓鑄模具內(nèi)，經(jīng)保壓凝固，最后得到制件。</p><p>　　該成形法的主要優(yōu)點(diǎn)是成形溫度低，鑄造溫度比傳統(tǒng)壓力鑄造溫度低90-120攝氏度，尺寸精度高，重復(fù)性好。該成形法的主要缺點(diǎn)是所用原材料的粒料需要預(yù)加工，原材

39、料成本高；機(jī)器內(nèi)螺桿及內(nèi)襯等構(gòu)件與固體漿料直接接觸，材料的磨損嚴(yán)重，使用壽命短，加之半固態(tài)金屬的工作溫度較高，構(gòu)件材料的耐磨性、耐蝕性問(wèn)題有待進(jìn)一步研究解決。同時(shí)該工藝材料的選擇性小，常用的只有AZ91D、AM50A和AM60B等幾種，目前最成功的是AZ91D。</p><p>　　5 鎂合金的半固態(tài)軋制</p><p>　　半固態(tài)軋制可分為流變軋制和觸變軋制。流變軋制是將經(jīng)攪拌的半固態(tài)漿

40、料直接送入軋輥中進(jìn)行軋制；而觸變軋制是將預(yù)先制備好的非枝晶漿料重新加熱到半固態(tài)溫度后，再送入軋輥中進(jìn)行軋制。</p><p>　　觸變軋制的優(yōu)點(diǎn)是坯料的制備和軋制可以獨(dú)立進(jìn)行；流變軋制的優(yōu)點(diǎn)是省去了坯料的凝固和再加熱過(guò)程，縮短生產(chǎn)周期，減小能耗，降低成本。但是，當(dāng)固相分?jǐn)?shù)<70%時(shí)，因固-液相之間的流動(dòng)會(huì)引起組織的不均勻，使得目前的半固態(tài)軋制工藝很難推廣。</p><p>　　五 鎂

41、合金半固態(tài)成形技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　1 鎂合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用</p><p>　　為了降低轎車自重以減少汽油消耗，用鎂合金做汽車零件是汽車實(shí)現(xiàn)輕量化、節(jié)能化、減少污染的理想途徑。如鎂合金轎車儀表架比采用鋁鑄件減輕1/3，鎂合金轎車門比采用鋁鑄件減輕 2/5，同時(shí)使轎車的使用性能更加優(yōu)良。</p><p>　　隨著汽車工業(yè)輕量化趨勢(shì)的發(fā)展，各國(guó)汽車制造商

42、已將越來(lái)越多的汽車零件列入了用鎂合金替代的計(jì)劃，如方向盤、傳動(dòng)裝置零件、座椅靠背架、曲柄箱零件、節(jié)流閥體、發(fā)動(dòng)機(jī)零件、泵殼及制動(dòng)零件等。</p><p>　　2 鎂合金在電子工業(yè)中的應(yīng)用</p><p>　　電子工業(yè)是當(dāng)今發(fā)展最為迅速的行業(yè)，也是新興的鎂合金應(yīng)用領(lǐng)域。由于數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，各類數(shù)字化電子產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，電子器件高度集成化和小型化，電子工業(yè)對(duì)鎂合金的增長(zhǎng)需求緣于鎂合金在減輕質(zhì)量

43、、高的剛度和良好的薄壁鑄造性能等方面的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，其導(dǎo)熱性好、熱穩(wěn)定性高、電磁屏蔽特性好，以及阻尼性能好和可回收再利用等特性，也是電子行業(yè)將目光投向鎂合金的重要原因。附表為鎂合金殼罩與塑膠殼罩的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。</p><p>　　目前，鎂合金成為高成本工程塑料如手機(jī)外殼的替代品，并且已作為熱交換器用于電子元件，用作高動(dòng)力的汽車集成電路部件。日本的Takata公司和MCPrecision公司利用 Thiximildi

44、ng技術(shù)分別生產(chǎn)了鎂合金相機(jī)、MD殼和鎂合金微機(jī)機(jī)殼。世界著名的數(shù)字投影設(shè)備制造商（如 InFocus）推出的新款投影儀機(jī)身和外殼也采用了鎂合金觸變成形制造工藝。數(shù)字相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z象機(jī)、移動(dòng)電話、電視和監(jiān)視器等鎂合金外殼的制造也是觸變注射成形技術(shù)飛速增長(zhǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。 </p><p>　　在我國(guó)大陸，鎂合金半固態(tài)成形工藝的應(yīng)用很少，理論研究也不成熟。在為CD 產(chǎn)品配套鎂合金半固態(tài)件方面，上海將引進(jìn)幾臺(tái)鎂合金半

45、固態(tài)射壓鑄造機(jī)，廣東也有數(shù)碼產(chǎn)品廠正在籌劃半固態(tài)射壓鑄造機(jī)項(xiàng)目；而在臺(tái)灣省，電子產(chǎn)品外殼的鎂合金半固態(tài)市場(chǎng)很大，其鎂合金半固態(tài)成形技術(shù)已相當(dāng)成熟，僅半固態(tài)射壓成形的壓鑄機(jī)就有30多臺(tái)。</p><p>　　3 鎂合金在航空航天和國(guó)防工業(yè)中的應(yīng)用</p><p>　　鎂合金由于質(zhì)量輕而被廣泛地應(yīng)用于國(guó)防、航空航天產(chǎn)品中。例如，在B—36轟炸機(jī)上，共用了8600kg的鎂合金，其中一半是用作結(jié)構(gòu)

46、材料。法國(guó)塞德航空公司超級(jí)弗雷隆直升機(jī)的鎂合金齒輪箱，鑄件由,Mg-Zn-Re-Zr合金ZE41制成。加銀的鎂合金可以使時(shí)效強(qiáng)化的Mg-Re-Zr合金較低的拉伸性能得到顯著提高，在航空和航天方面已有一系列應(yīng)用，例如飛機(jī)著落輪，齒輪箱蓋和直升機(jī)水平旋翼附件。</p><p>　　未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)要求機(jī)動(dòng)性和快速反應(yīng)，減小武器裝備重量是未來(lái)武器裝備發(fā)展方向之一，如坦克作戰(zhàn)系統(tǒng)未來(lái)乘員將在2-3人，重量15-20t，為現(xiàn)役坦克

47、的1/3，能行駛2o天或 1500km不加油，是現(xiàn)役坦克的3倍。減輕重量的途徑除結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，還有就是采用輕質(zhì)合金。法國(guó)AMX213輕型坦克，AMX213裝甲救護(hù)車，采用輕合金缸體、缸蓋；美國(guó)M551謝里登輕型坦克" 偵察車，變速箱體為鋁-鎂合金材料制成。隨著新型鎂合金開(kāi)發(fā)及半固態(tài)成形技術(shù)的不斷提高，在坦克和裝甲部分結(jié)構(gòu)件、導(dǎo)彈殼體和尾翼等方面將得到更為廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　4 鎂合金半固態(tài)成

48、形的應(yīng)用前景</p><p>　　在20世紀(jì)末，鎂合金的發(fā)展應(yīng)用十分迅速，已有逐步代替鋁、工程塑料和鋼等的趨勢(shì)，但相對(duì)總量不夠多，原因之一是新工藝觸變成形（Thixomolding）法所需的鎂原料技術(shù)的復(fù)雜性，致使推廣應(yīng)用比較困難，而且工藝和設(shè)備的局限性，工藝材料選擇性小。加之國(guó)外先進(jìn)成形技術(shù)的復(fù)雜性及對(duì)技術(shù)的壟斷，致使推廣應(yīng)用受到限制。因此，完善和推廣材料制備技術(shù)，使鎂合金總量進(jìn)一步提高，以及改進(jìn)工藝與設(shè)備，獲

49、得最優(yōu)工藝參數(shù)，開(kāi)發(fā)研制適合于觸變成形的新型鎂合金，都是鎂合金半固態(tài)成形工藝發(fā)展的趨勢(shì)和方向。</p><p>　　目前我國(guó)是世界上最大的鎂生產(chǎn)國(guó)，但大部分鎂作為原材料出口，本國(guó)的需求量十分有限，這主要是由于我國(guó)在鎂合金成形技術(shù)的研究和應(yīng)用方面，尤其是半固態(tài)成形技術(shù)的研究還很不成熟。因此，加強(qiáng)半固態(tài)成形新工藝的研究，加上鎂資源十分豐富的西部地區(qū)開(kāi)發(fā)，中國(guó)在鎂合金的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面將有著廣闊的發(fā)展前景。相信通過(guò)材料工

50、作者對(duì)半固態(tài)鎂合金成形工藝改善、新型合金開(kāi)發(fā)及組織形態(tài)改變，都可以使鎂合金的性能有較大的提高，使鎂合金在&L 世紀(jì)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。</p><p><b>　　六 結(jié)語(yǔ)</b></p><p>　　我國(guó)是個(gè)鎂資源大國(guó)，通過(guò)對(duì)金屬鎂的不斷研究，使我們能更加有效的利用鎂金屬。半固態(tài)方法制造的產(chǎn)品具有鑄造缺陷少，產(chǎn)品的力學(xué)性能、尺寸精度、表面和內(nèi)在質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，此