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半​固​态​加​工​及​其​在​铝​镁​合​金​中​的​应​用

北京科技大学和中科院金属所等单位合作在铸铁、弹簧钢、不锈钢和高碳钢等高熔点材料的半固态坯料制备、半固态喷铸成形和直接轧制等方面进行了较深入研究,并取得了阶段性成果。⑥清华大学、东南大学等院校在半固态合金的流变和触变行为、成形过程的计算机模拟等基础理论研究方面开展了卓有成效的工作。⑦在镁合金半固态成形基础及技术研究和应用方面,我国刚刚起步。2000年,北京科技大学和北京有色金属研究总远开展“先进半固态镁合金制备与成形的基础研究”工作,目前在先进镁合金成分设计和成形性能方面已取得进展。金属半固态铸造的发展趋势:进一步完善金属半固态触变铸造技术;进一步扩大金属半固态铸造的应用范围;突破金属半固态浆料流变铸造的技术关键,缩短金属半固态铸造工艺流程。我国的汽车、电子等工业正在快速发展,均是我国的支柱产业,因此金属半固态铸造成型技术在我国汽车、电子等工业中的应用前景光明。3半固态加工在铝合金中的应用由于铝合金在实际应用中十分广泛,且其具有较大的固-液两相区间范围,因此铝合金的半固态加工是研究的最为广泛也是最为成功的。最早应用于半固态加工的铝合金为亚共晶铸造铝合金A356、A357,这两种铝合金在发达国家已实现工业化生产,后来又开发了过共晶成分的A390铝硅合金。而目前高强度铝合金半固态加工主要集中于研究2XXX系列(如2014,2024,2618)、6XXX系列(如6082)和7XXX系列(如7075)。从表3[19]中我们可以很清楚看到,经过半固态加工所得到的铝合金的力学性能普遍比普通铸造的铝合金高,与锻件性能相近。9表3不同加工方法所获得铝合金的力学性能比较注:SSM—半固态金属;PM—硬模铸造:w—锻造;T6、T7—热处理制度国外,铝合金的半固态成形加工主要应用于汽车工业中零件的生产,在轿车或轻型汽车部分采用半固态铝合金零件,以达到减重效果及提高性能。这方面,欧美发达国家已进入工业运用阶段,通过半固态加工生产的汽车零件已进入市场;日本也初步具备了生产能力。4半固态加工在镁合金中的应用镁合金为最轻的结构材料(合金密度ρ为1400-1900kg/m3),且热量低、铸造生产率高、与其他结构材料比较切削更快耗能较少、高比强度、高阻尼以及完全可再生产,近年来在顺应环保及轻量化的趋势下,镁合金工件更是被广泛应用。特别是汽车以及航空用镁合金部件的大量应用更是使镁合金成为各方关注和研究的热点。常用镁合金成形方法主要有压铸、半固态铸造、挤压铸造等,其中压铸法运用最为广泛。但用半固态铸造的镁合金无论在内部缺陷,还是力学性能方面都远10优于压铸法,因此镁合金的半固态成形受到了广泛的关注。相对于铝合金的半固态成形的基本成熟,由于镁合金锭料在二次加热时易氧化燃烧,所以一般的半固态加工技术并不适应于镁合金。1988年10月,Dow化学公司宣布开发了一种新半固态金属镁成形工艺,并由Thixomat公司于1991年正式展出第一台用于镁合金的半固态触变成形机,从而使半固态金属镁成形技术迈向商业化进程[20]。其工艺与流变铸造相比,不需要将材料搅拌成浆液;与触变成型相比,又少了制备半固态铸锭过程。且集半固态浆料的制备、输送和成形于一体,避免了半固态铸锭保存输送及成形过程中产生的一系列问题,提高了生产效率。另一种针对其它半固态铸造工艺的缺点开发出来的流变铸造,由于流变化生产的半固态金属浆料保存与输送难度较大,其实际应用受到限制。但目前英国、台湾等地已经开发出用于实际应用的镁合金流变成形设备,预计在二十一世纪将大有作为,并形成镁合金加工技术的新突破[21]。表4 AZ91D半固态触变注射成形与传统压铸工艺质量与性能比较由表4[22]可知半固态铸造AZ91D在内部缺陷、加工精度及力学性能等方面总11体上优于普通铸造。虽然目前镁合金半固态加工的工业化生产还很不成熟,但随着人力和物力的不断投入,其必将有良好的发展前景。5.结论半固态加工技术近年来发展十分迅速,半固态铸造铝镁合金在汽车行业中的应用更是前景看好。我国的汽车行业蓬勃发展,特别是轿车行业正处于大力发展阶段,面对外来冲击,提高我国汽车在国际市场上的竞争力,非常有必要采用各种新工艺、新材料,而半固态铸造铝镁合金的使用不失为一种可行的取胜之道。半固态铸造符合未来对于生产高质量、高性能、具有环保特性材质的要求,是未来铸造业发展的方向。优质合金的广泛使用趋势,不仅能够扩大半固态铸造的实际应用领域,也会促进半固态铸造事业的不断深人和发展。总体来说,半固态铸造事业会逐步取代落后的铸造方式,具有非常光明的发展前景

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