半固化冶煉擠壓鑄技藝數據對構建的功能制約信息來源： 全球鋁業網 更多信息請參考 摘要：1半固態擠壓鑄造原理與工藝特點半固態擠壓鑄造是將制備好的具有特殊流變性的半固態金屬漿料定量注入到敞開的模具型腔內，隨后借助于沖頭的壓力作用，使其強制充型、凝固、補縮.1半固態擠壓鑄造原理與工藝特點半固態擠壓鑄造是將制備好的具有特殊流變性的半固態金屬漿料定量注入到敞開的模具型腔內，隨后借助于沖頭的壓力作用，使其強制充型、凝固、補縮并產生少量塑性變形，從而獲得所需的零件或毛坯（如1所示）。其工藝流程大體上可分為以下幾步：半固態金屬漿料制備；模具準備；半固態金屬漿料定量澆注；合模充型；保壓；卸壓開模；制件頂出。與一般擠壓鑄造工藝相比，由于半固態擠壓鑄造采用了具有球狀初生固相的固液混合漿料，其表觀粘度比同種液態金屬的粘度高3個數量級。因此，在相同的充型速度下，半固態金屬漿料的流動狀態更為平穩，可大大減少湍流、噴濺現象的發生，使制件的致密性得到提高；此外，由于半固態金屬漿料已釋放出部分結晶潛熱，充型時對模具的熱沖擊作用小，有利于模具使用壽命的提高。2工藝參數對制件性能的影響及其選用原則試驗表明，在半固態擠壓鑄造過程中，影響制定量澆注合模充型保壓脫模件性能的工藝參數主要有澆注溫度、擠壓比壓、擠壓速度、保壓時間、模具溫度等。在對這些參數進行選用時，應遵循保證制件性能，延長模具(新的模具生產工藝將節省模具制造的時間)壽命的原則。2.1澆注溫度在半固態擠壓鑄造過程中，半固態漿料的澆注溫度是一個關鍵的控制參數。它對漿料的充型、制件的性能具有極其重要的作用。根據半固態金屬漿料的表觀粘度。可知，隨著澆注溫度的降低，半固態漿料的表觀粘度急劇升高，充型時的阻力顯著增大。所以，為了得到完整的制件和降低成形抗力，應使漿料的澆注溫度控制的高一點。但另一方面，澆注溫度的升高，會使半固態漿料的固相分數降低，液相分數增加，加壓充型時容易導致漿料產生噴濺、卷氣現象。因此，澆注溫度的選擇應綜合以上兩方面來考慮。其原則是在保證半固態金屬漿料充滿型腔的前提下，盡量降低澆注溫度。2.2擠壓比壓擠壓比壓P0的主要作用是使半固態金屬漿料具有一定的充型速度，保證漿料在壓力下結晶凝固，補縮并產生少量塑性變形，使制件的密度增大，晶粒細化，性能提高。在實際合模充型過程中，注入到型腔內的半固態金屬漿料由于受到激冷作用，在其外表面迅速形成一層細晶硬殼，將待凝固的半固態金屬漿料包裹在里面。此時，盡管半固態金屬漿料具有良好的流變性，但為了能實現完整充型和有效補縮，擠壓比壓必須大于半固態漿料凝固硬殼的塑變抗力與半固態漿料流變臨界切應力c之和，即P0c，否則半固態漿料無法流動。在擠壓方式一定的情況下，半固態漿料的c與半固態漿料的組織特征有關，但到目前為止有關c的定量計算尚無精確的公式，只能根據試驗來確定。當P0大于c以后，增大P0對提高制件性能作用很大。試驗表明，隨著P0的增大，制件的組織越致密，晶粒越細小，性能也越好。但P0增大到一定值后，它對制件的性能提高基本無影響。2.3擠壓速度擠壓速度v是指沖頭與半固態漿料接觸后的運動速度。合理的擠壓速度與制件的大小、形狀、壁厚、合金種類、澆注溫度和模具溫度等因素有關。在半固態擠壓鑄造過程中，由于半固態漿料含一定數量的球狀初生固相，其表觀粘度比同種液態金屬的粘度高3個數量級，充型時阻力較大。因此，在半固態金屬漿料充型過程中必須具有足夠大的擠壓速度，才能保證漿料將模具型腔充滿。但擠壓速度過快也會帶來一些不利影響。根據粘性流體流動狀態的雷諾判據Re$da式中：Re為雷諾數；$為漿料流動速度；d為澆道直徑；為漿料密度；a為漿料粘度（當Re2300時，粘性流體以紊流狀態流動；當Re2300時，粘性流體以層流狀態流動）。可知擠壓速度過快時，半固態金屬漿料的流動速度很高，其Re可能超過臨界值（2300），漿料將以紊流狀態充填模具型腔，從而造成嚴重裹氣，進而降低制件性能。2.4保壓時間保壓時間是指半固態漿料充滿型腔后壓力達到規定的最大值開始到擠壓設備撤銷壓力為止的時間段。這段時間的主要作用是使半固態漿料在壓力作用下結晶凝固并補償半固態漿料因凝固和溫度變化所引起的體積收縮。保壓時間的長短，主要取決于制件斷面的最大壁厚和制件的材質，同時也與制件的形狀及漿料的澆注溫度等因素有關。卸壓時間過早，型腔內尚未凝固的漿料在繼續凝固時發生的收縮將無法得到良好補償，導致制件內部產生縮松、縮孔缺陷；卸壓時間過遲，除了降低制件生產率外，還會增大制件產生裂紋的幾率。因此，在保證半固態金屬漿料完全凝固和成形致密的前提下，保壓時間愈短愈好。2.5模具溫度在半固態擠壓鑄造過程中，模具溫度應控制在合適的范圍內。當模具溫度過高時，可能帶來以下問題：模具表面硬度降低，增加模具磨損；模具強度降低，在模鍛壓力作用下，模具容易發生塑性變形；半固態漿料易于粘模，制件頂出時表面容易被拉傷；半固態漿料的冷卻速度降低，制件表面硬化層減薄，心部組織粗大，力學性能下降。當模具溫度過低時，半固態漿料注入型腔后，便迅速凝固結殼，嚴重影響加壓效果，使制件內部易出現縮松、縮孔缺陷，表面易出現冷隔紋裂，甚至開裂；此外，根據模具材料在工作循環中產生的熱應力公式KET1式中：K為常數；為模具材料的熱膨脹系數；E為模具材料的彈性模量；T為循環溫度差；$為模具材料的泊松比。可知模具溫度越低，與半固態漿料的溫度差T越大，在模具中產生的熱應力越高，模具型腔表面越易形成熱裂紋。因此，為了保證制件性能并使模具處于良好的工作狀態，擠壓前要對模具進行預熱，連續生產一段時間后，由于半固態漿料的加熱作用，模具溫度會升高，這時要對模具進行冷卻，使模具溫度保持在規定的范圍內。3可能的缺陷及預防措施利用半固態擠壓鑄造方法進行零件或毛坯的生產時，若工藝參數選用不合理，則在制件表面及內部易于形成一系列缺陷。這些缺陷是獲得高性能制件的主要障礙。下面針對這些缺陷形成的原因進行分析并提出相應的預防措施。3.1表面缺陷及預防措施（1）冷隔冷隔是半固態擠壓鑄造中常見的缺陷。其形成原因主要有：漿料的澆注不連續，中間斷流時間太長，使已注入到型腔內的漿料與隨后注入的漿料不能很好地熔合在一起，而形成一條交接界面，如2所示。另外，如果模具溫度較低或擠壓速度較慢，漿料的上表面已凝固結殼，沖頭下壓時，翻出的漿料不能與凝固殼凝結在一起，而在制件上表面的邊部形成冷隔層。因此，在實際操作中可通過適當提高模具溫度、擠壓速度、漿料澆注溫度；在不能連續澆注的情況下，采用多澆包澆注，并嚴格控制澆注間隔時間等措施來減少或消除此類缺陷。（2）澆不足半固態擠壓鑄造時，澆到型腔內的是半固態漿料，其在壓力作用具有良好的流動性，因此型腔充填不滿按理說是極其個別的。只有當半固態金屬漿料固相分數過高，模具預熱溫度不夠，擠壓比壓不足時，才可能在型腔的尖角、棱邊和薄筋及一些排氣不良的薄壁處出現充填不滿的現象。在實際操作中，可通過降低漿料固相分數，適當提高模具溫度和模鍛速度以及在模具排氣不良處增設排氣槽等措施來預防。（3）裂紋制件表面裂紋一般出現在壁厚突變部位或過渡圓角處，如2所示。其產生的原因有：模具溫度過低，附著在型腔內側的半固態漿料迅速結殼，漿料冷卻凝固時產生的收縮應力全部由金屬殼來承擔，當此收縮應力大于金屬殼的極限強度后，金屬殼便發生開裂；保壓時間過長，制件薄壁處的冷卻收縮受到限制而被拉裂；制件的過渡圓角較小，漿料凝固時在該處產生過大的應力集中。根據以上分析，可采取以下預防措施：嚴格控制模具溫度，合理選擇保壓時間，適當增大制件過渡圓角等。（4）夾渣與皮下針孔夾渣的出現主要是由于半固態漿料制備時渣沒有除凈，充型時涂料剝落等所引起。其預防措施有：漿料制備時認真造渣、去渣，澆注前將漿料上部的浮渣徹底刮清；合理選用涂料，并注意涂料的噴涂工藝。皮下針孔的形成主要是由于模具溫度較低，涂料殘留水分過多且噴涂不均勻所致。漿料注入型腔后，涂料中的殘留水分在漿料高溫作用下蒸發、分解而釋放出氣體，此時由于受到漿料凝固硬殼的阻礙，氣體來不及排出，便以氣孔的形式殘留在制件表皮內。它可通過提高模具溫度，減少涂料殘留水分，均勻噴敷涂料等措施來預防。3.2內部缺陷及預防措施（1）縮孔和縮松縮孔和縮松一般出現在漿料的最后凝固部位。其原因主要是型腔內的半固態漿料因凝固和溫度變化所引起的體積收縮未能得到外界等同補償而在制件內部留下集中、分散的孔洞。對于這類缺陷，在實際操作中，可采用以下措施：加大比壓，使沖頭壓入半固態漿料的體積量大于或等于漿料的體積收縮量；合理選擇保壓時間，確保漿料在壓力作用下完全凝固；使制件各處壁厚盡可能相等，對有厚大部位的制件，應采用浮動型腔，或添加側向的壓力使該部位也能受到適當的壓縮。（2）氣孔制件的氣孔按存在形式的不同可分為：內部集中性氣孔；機械式陷入氣孔；皮下針孔。內部集中性氣孔是溶解在漿料中的氣體隨著漿料溫度的下降，溶解度降低而析出，因未能及時上浮至漿料頂面而被裹在漿料中所形成。機械式陷入氣孔是在機械壓力作用下，無法排出的氣體被壓入制件內所形成。根據實際情況分析，這些氣孔的形成與下列因素有密切關系：擠壓速度太高，導致漿料紊流充填，卷入氣體；半固態漿料制備時，除氣不徹底；模具溫度過低、擠壓比壓過小，氣體在漿料中的溶解因飽和而析出。模具排氣系統設置不合理，沖頭加壓時，型腔凹陷部位包裹的氣體無法排出，當這些氣體產生的壓力P氣達到浸入形成條件P氣P阻P靜P表（P阻為氣體進入漿料的阻力，P靜漿料的靜壓力，P表漿料表面張力）時，便浸入漿料。涂料用量太多且殘留水分過多。因此，在實際操作中，可通過合理控制擠壓速度；在漿料制備過程中安排除