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半固態成形坯料制備

2019-12-06 14:20 ?瀏覽:

 電磁攪拌法克服了機械法的一些缺點,成為制備半固態成形坯料的主要工藝,在鋁、鎂合金零件半固態成形中獲得了較多的應用。
  電磁攪拌法
  此法是利用旋轉電磁場在金屬熔體中產生感應電流,熔體便在洛倫茲力作用下產生運動,攪拌熔體。這是非接觸式的攪拌工藝,克服了機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,從旋轉磁場產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,細小均勻,平均尺寸通??蛇_60μm,克服了機械攪拌的缺點,不污染熔體和漿料,不卷入氣體,可實現連續鑄造,生產效率高,工藝參數易控制,不過設備投資大,工藝復雜,生產成本高,適于大批量生產,也不能生產直徑大于150mm的錠坯,同時錠坯內外層組織有一定差別。
  當前獲得旋轉磁場的方法有三種:向結晶器外線圈通以交變電流,利用其端部效應產生強列的電磁攪拌;在結晶器外裝設兩極定子,以產生攪拌熔體磁場;在結晶器外裝設旋轉永久磁鐵產生攪拌磁場。與多相電機定子相比,永久磁鐵感應器并不算大,因而現有的標準半連續鑄造機不需作大的改造即可裝設。不過為了延長攪拌時間,感應器制得相當高,約700mm;電能消耗低,為2kWh/t左右,因為磁場是永久磁鐵產生的,無任何作用與反作用能耗,功率因素幾乎等于1,設備投資低。
  電磁攪拌效果除與剪切速率有關外,控制顯微組織關鍵因素是熔體放熱率,也就是說,應精心嚴格控制熔體溫度、冷卻強度、鑄造速度、潤滑方式、潤滑劑流量等工藝參數。
  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,將其加熱到半固態溫度,以獲得具有球狀晶體懸浮于熔體中的半固態漿料;或是采用擠壓、拉拔、軋制、鍛造、扭轉等工藝將常規鑄造的合金錠強烈地塑性變形,破壞錠的枝晶組織,然后將其加熱再結晶溫度以上的某一溫度使之再結晶,獲得細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漿料,該法又被稱為應變誘發激活法(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江新區,是中國唯一的以噴射沉積法商業化生產金屬錠坯的企業,可以生產微米級與納米級的均勻的球形半固態成形錠坯,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,有些無法用常規鑄錠鑄造的合金,可較易地用噴射沉積法生產。豪然噴射成形合金有限公司的高技術產品已在航空航天器、武器與軍工裝備方面獲得了應用,并正在開發新的應用領域。
  豪然噴射成形合金有限公司成立于2008年,研發制造了一批高端合金材料,填補了國內多項空白,打破了國外的技術封鎖,為國內航空航天、軍工等高端制造業發展,提供了一批又一批高強高韌高溫輕質材料,在它們的裝備制造中起了關鍵性作用。當前,該公司握有自主發明的噴射成形工藝專利,成為該領域行業標準制定者,并擁有自主發明的噴射成形裝備及自動控制系統,被認定為江蘇省“首臺套”重大裝備及關鍵部件。
  其他方法
  控制熔體凝固速度,添加晶粒細化劑或變質劑,可以抑制枝晶生長,可形成球狀晶粒組織,再加熱到固-液兩相區溫度也可以獲得半固態坯料。采用此法在實驗成功地制造出半固態AZ91D合金半固態料,主要工藝參數為:細化劑種類及加入量,熔體溫度與保溫時間等。
  近些年來,又研發成功一些新的制備等軸晶組織半固態錠坯工藝,如澆注溫度控制法、超聲波處理法、剪切-冷卻-滾動法等。挪威海德魯鋁業公司(Hydro Aluminium Com.)采用添加晶粒細化劑與特殊凝固條件相結合的工藝制得了球形細晶粒組織AZ91合金半固態坯料。

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