金屬半固態(tài)加工技術(shù)的應(yīng)用淺析

劉兆華

（湖南長(zhǎng)沙麓山國(guó)際實(shí)驗(yàn)學(xué)校 410006）

金屬半固態(tài)加工技術(shù)的應(yīng)用淺析

劉兆華

（湖南長(zhǎng)沙麓山國(guó)際實(shí)驗(yàn)學(xué)校 410006）

金屬半固態(tài)加工技術(shù)的誕生已有幾十年的歷史，具有節(jié)能環(huán)保、高效省時(shí)、成形性能好等優(yōu)點(diǎn)，被稱為21世紀(jì)最具有發(fā)展前途的新型制備技術(shù)之一，在各類工業(yè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。本文主要針對(duì)金屬半固態(tài)加工技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析。

金屬半固態(tài)加工技術(shù)；特點(diǎn)；應(yīng)用

金屬半固態(tài)加工技術(shù)最早是在20世紀(jì)70年代，由美國(guó)麻省理工學(xué)院的科學(xué)家們提出的一種金屬成型的方法。金屬半固態(tài)加工技術(shù)由于具有節(jié)能環(huán)保、高效省時(shí)、成形性能好等優(yōu)點(diǎn)，被稱為21世紀(jì)最具有發(fā)展前途的新型制備技術(shù)之一，被廣泛的應(yīng)用到汽車、飛機(jī)及火箭等工業(yè)領(lǐng)域的制造中去。

1 金屬半固態(tài)加工技術(shù)簡(jiǎn)述

金屬半固態(tài)加工技術(shù)是指在對(duì)金屬加工凝固的過(guò)程中，施以快速的攪拌后得到液態(tài)的金屬母液，而在這種母液中懸浮著一些球狀固態(tài)或是枝狀晶體類的固夜體混合的漿料，然后對(duì)這種漿料進(jìn)行加工成型的一種方法。金屬半固態(tài)加工技術(shù)主要有半固態(tài)觸變成型和半固態(tài)流變成型這兩類。半固態(tài)觸變成型就是對(duì)制造出來(lái)的半固態(tài)原材料進(jìn)行再次加熱使其達(dá)到半融化的狀態(tài)，然后再進(jìn)行壓制成形；而半固態(tài)流變成型就是把制造出來(lái)的半固態(tài)的原料直接壓制成形。

金屬半固態(tài)成型技術(shù)比傳統(tǒng)凝固模式加工出來(lái)的產(chǎn)品更均勻，更加環(huán)保節(jié)能而且高效省時(shí)。到目前為止包括我國(guó)在內(nèi)的很多國(guó)家和地區(qū)都加快了對(duì)金屬半固態(tài)加工技術(shù)的研究步伐，尤其在復(fù)合材料和鋁鎂合金工藝的制造上，這為加工制造業(yè)的發(fā)展提供了非常有利的條件。

2 金屬半固態(tài)加工技術(shù)的特點(diǎn)

金屬半固態(tài)加工技術(shù)就是通過(guò)金屬在固體和液態(tài)之間轉(zhuǎn)換的過(guò)程中形成的溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行的加工工藝。凡是具有固液轉(zhuǎn)換的溫度區(qū)間的金屬都能實(shí)行半固態(tài)加工技術(shù)，而且金屬半固態(tài)加工技術(shù)可以和很多加工工藝相結(jié)合，比如鑄造、鍛壓等等，所以說(shuō)相對(duì)于其他常規(guī)的成型技術(shù)，金屬半固態(tài)加工技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)。

一般傳統(tǒng)的金屬加工成型工藝的溫度不是在金屬液化線以上就是在金屬固化線以下，而金屬半固態(tài)加工工藝與金屬液態(tài)成型工藝相比較具有成形過(guò)程平穩(wěn)、內(nèi)部氣孔缺陷少、組織結(jié)構(gòu)細(xì)密、力學(xué)性能好、零部件的尺寸精確度高、表面光滑、誤差性小、使用壽命長(zhǎng)，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高。

與金屬固態(tài)成型工藝比較，半固態(tài)成型工藝的流動(dòng)性好，零部件成形的速度快，可以制成更加復(fù)雜的工藝。因?yàn)槌尚瘟Ρ容^低，所以對(duì)成型的模具要求也低。

3 金屬半固態(tài)加工技術(shù)的應(yīng)用

3.1 在制造鋁合金零部件中的應(yīng)用

因?yàn)殇X合金具有熔點(diǎn)低、適用范圍廣以及液固相互轉(zhuǎn)換的溫度區(qū)間范圍較寬的特點(diǎn)，所以在制造鋁合金零部件過(guò)程中，應(yīng)用最多也是最成功的技術(shù)是半固態(tài)加工技術(shù)。比如柴油噴射泵的箱體和搖桿的制造過(guò)程就運(yùn)用了金屬半固態(tài)加工技術(shù)。

3.2 在制造鎂合金零部件中的應(yīng)用

由于鎂合金材質(zhì)比較輕，所以最早是應(yīng)用在制造汽車的活塞和曲柄軸箱上。后來(lái)研究人員發(fā)現(xiàn)，在把半固態(tài)加工技術(shù)運(yùn)用到鎂合金零部件的制造上時(shí)，零部件除了具有常溫力學(xué)性能外，還隨著零部件成型時(shí)原材料固化率提高的同時(shí)，高溫性能也大大的提高，這樣制造出來(lái)的零部件具有密度小、剛性強(qiáng)、質(zhì)量輕、熱傳導(dǎo)性強(qiáng)以及穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，也被廣泛的應(yīng)用到電子產(chǎn)品的制造上了。

3.3 在制造復(fù)合材料中的應(yīng)用

金屬基復(fù)合材料是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的比較快的新型材料。但是這種制備材料有成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定以及金屬和非金屬之間的融合難等問(wèn)題，導(dǎo)致沒(méi)有被廣泛的運(yùn)用到零部件的制造找中去。半固態(tài)加工技術(shù)與復(fù)合材料相結(jié)合，很好的利用了半固態(tài)金屬在固液轉(zhuǎn)換期間流動(dòng)性強(qiáng)和粘性好的特點(diǎn)，加入一些顆粒、晶體以及纖維后，再設(shè)置好合適的溫度和攪拌工藝，這樣就提高了金屬基復(fù)合材料的強(qiáng)度，從而使制造出來(lái)的材料質(zhì)量穩(wěn)定，成本也大大降低。

3.4 在梯度材料中的應(yīng)用

在現(xiàn)代工藝的制造過(guò)程中，單一的材料往往很難發(fā)揮作用，需要多種材料共同作用，而梯度材料恰好滿足了這個(gè)要求。梯度材料是利用半固態(tài)加工技術(shù)中的液相滲透率不同和觸變成形的特點(diǎn)，使用梯度原料坯和三明治形的原料坯，通過(guò)分別加熱和垂直、水平加熱的方式制造出來(lái)的。

3.5 在金屬焊接中的應(yīng)用

半固態(tài)焊接也經(jīng)常采用金屬半固態(tài)加工技術(shù)。金屬焊接時(shí)先把需要焊接的零部件的表面清理干凈，然后再進(jìn)行加熱到固液轉(zhuǎn)換的溫度區(qū)間，再施加外部力量，直至完全凝固成型。所以半固態(tài)加工技術(shù)在金屬焊接中的應(yīng)用，解決了常規(guī)焊接遇到的操作溫度高、焊接不精密、焊接形狀不規(guī)整以及焊接適用范圍單一等問(wèn)題。

[1]張志峰，徐駿.輕合金及其復(fù)合材料半固態(tài)成型技術(shù)研究與應(yīng)用[J].新技術(shù)新工藝，2009（02）.

[2]徐 佐，吳大勇，李振宇，王孝東.Mg與稀土Ce混合添加對(duì)A356.2鋁合金組織與性能的影響[J].鑄造，2016（09）.

[3]胡建華，張文賾，林沖，王羽.電磁攪拌制備鋁合金半固態(tài)漿料的實(shí)驗(yàn)研究[J].熱加工工藝，2009（09）.

[4]王建甫，楊弋濤，張恒華，邵光杰.A356鋁合金半固態(tài)觸變成形件的缺陷分布及控制[J].特種鑄造及有色合金，2007（07）.

TG249.9

A

1004-7344（2016）36-0331-01

2016-12-11