半固態(tài)成形坯料制備
2019-12-06 14:20 ?瀏覽：次
電磁攪拌法克服了機(jī)械法的一些缺點，成為制備半固態(tài)成形坯料的主要工藝，在鋁、鎂合金零件半固態(tài)成形中獲得了較多的應(yīng)用。
電磁攪拌法
此法是利用旋轉(zhuǎn)電磁場在金屬熔體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，熔體便在洛倫茲力作用下產(chǎn)生運(yùn)動，攪拌熔體。這是非接觸式的攪拌工藝，克服了機(jī)械攪拌法的一些缺點。從攪拌時熔體的流動方式來分有水平式的與垂直式的，從旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的方式來分有交變磁場與永磁場的。
電磁攪拌法的主要工藝參數(shù)有：攪拌功率、冷卻速度、熔體溫度、澆注速度。鎂熔體在電磁攪拌時產(chǎn)生三維流動，攪拌效果有較大提高，錠坯組織為球狀等軸晶，細(xì)小均勻，平均尺寸通?？蛇_(dá)60μm，克服了機(jī)械攪拌的缺點，不污染熔體和漿料，不卷入氣體，可實現(xiàn)連續(xù)鑄造，生產(chǎn)效率高，工藝參數(shù)易控制，不過設(shè)備投資大，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，適于大批量生產(chǎn)，也不能生產(chǎn)直徑大于150mm的錠坯，同時錠坯內(nèi)外層組織有一定差別。
當(dāng)前獲得旋轉(zhuǎn)磁場的方法有三種：向結(jié)晶器外線圈通以交變電流，利用其端部效應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)列的電磁攪拌；在結(jié)晶器外裝設(shè)兩極定子，以產(chǎn)生攪拌熔體磁場；在結(jié)晶器外裝設(shè)旋轉(zhuǎn)永久磁鐵產(chǎn)生攪拌磁場。與多相電機(jī)定子相比，永久磁鐵感應(yīng)器并不算大，因而現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)半連續(xù)鑄造機(jī)不需作大的改造即可裝設(shè)。不過為了延長攪拌時間，感應(yīng)器制得相當(dāng)高，約700mm；電能消耗低，為2kWh/t左右，因為磁場是永久磁鐵產(chǎn)生的，無任何作用與反作用能耗，功率因素幾乎等于1，設(shè)備投資低。
電磁攪拌效果除與剪切速率有關(guān)外，控制顯微組織關(guān)鍵因素是熔體放熱率，也就是說，應(yīng)精心嚴(yán)格控制熔體溫度、冷卻強(qiáng)度、鑄造速度、潤滑方式、潤滑劑流量等工藝參數(shù)。
固相法
此法是以粉末冶金法、噴射沉積法制備等軸球形晶粒組織的合金錠坯，將其加熱到半固態(tài)溫度，以獲得具有球狀晶體懸浮于熔體中的半固態(tài)漿料；或是采用擠壓、拉拔、軋制、鍛造、扭轉(zhuǎn)等工藝將常規(guī)鑄造的合金錠強(qiáng)烈地塑性變形，破壞錠的枝晶組織，然后將其加熱再結(jié)晶溫度以上的某一溫度使之再結(jié)晶，獲得細(xì)小的球形等軸晶組織，隨后將坯料加熱到固-液兩相線之間的溫度形成半固態(tài)漿料，該法又被稱為應(yīng)變誘發(fā)激活法（Strain-induced melt activation，簡稱SIMA）。與其他工藝相比，它增加了一道壓力加工變形與再結(jié)晶退火，且只適合制造直徑≤60mm的坯料。
中國江蘇豪然噴射成形合金有限公司位于江蘇鎮(zhèn)江新區(qū)，是中國唯一的以噴射沉積法商業(yè)化生產(chǎn)金屬錠坯的企業(yè)，可以生產(chǎn)微米級與納米級的均勻的球形半固態(tài)成形錠坯，有圓形坯、扁形坯與管坯，錠坯尺寸廣，同時不受合金成分限制，有些無法用常規(guī)鑄錠鑄造的合金，可較易地用噴射沉積法生產(chǎn)。豪然噴射成形合金有限公司的高技術(shù)產(chǎn)品已在航空航天器、武器與軍工裝備方面獲得了應(yīng)用，并正在開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域。
豪然噴射成形合金有限公司成立于2008年，研發(fā)制造了一批高端合金材料，填補(bǔ)了國內(nèi)多項空白，打破了國外的技術(shù)封鎖，為國內(nèi)航空航天、軍工等高端制造業(yè)發(fā)展，提供了一批又一批高強(qiáng)高韌高溫輕質(zhì)材料，在它們的裝備制造中起了關(guān)鍵性作用。當(dāng)前，該公司握有自主發(fā)明的噴射成形工藝專利，成為該領(lǐng)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定者，并擁有自主發(fā)明的噴射成形裝備及自動控制系統(tǒng)，被認(rèn)定為江蘇省“首臺套”重大裝備及關(guān)鍵部件。
其他方法
控制熔體凝固速度，添加晶粒細(xì)化劑或變質(zhì)劑，可以抑制枝晶生長，可形成球狀晶粒組織，再加熱到固-液兩相區(qū)溫度也可以獲得半固態(tài)坯料。采用此法在實驗成功地制造出半固態(tài)AZ91D合金半固態(tài)料，主要工藝參數(shù)為：細(xì)化劑種類及加入量，熔體溫度與保溫時間等。
近些年來，又研發(fā)成功一些新的制備等軸晶組織半固態(tài)錠坯工藝，如澆注溫度控制法、超聲波處理法、剪切-冷卻-滾動法等。挪威海德魯鋁業(yè)公司（Hydro Aluminium Com.)采用添加晶粒細(xì)化劑與特殊凝固條件相結(jié)合的工藝制得了球形細(xì)晶粒組織AZ91合金半固態(tài)坯料。