半固态合金流变铸造的研究进展

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DO I : 10 . 15980 / j. tzzz . 2004 . 02 . 002

前沿技术论坛

特种铸造及有色合金 　 2004 年第 2 期

半固态合金流变铸造的研究进展
＊ 北 京 科 技 大 学　 毛卫民 ＊ 　 白月龙

＊

福建三明钢铁公司 　

陈　 军
总结了 30 余年来半固态合金流变铸造的研究和 应用现状 。 介 绍了传 统机械 搅拌式 流变铸造 工艺 , 由于其 所制 摘　 要　 备的半固态合金浆料保存 、输送麻烦 , 至今没有进入实际应用 ; 评述了射室制备浆料式流变铸造工 艺技术 , 其生产的 压铸件 经 T6 处理 , 力学性能与挤压铸件 相当 , 但伸长率提高很多 ; 介绍单 、双螺旋流变射铸工 艺 , 其特 点是利用 液态合金原 料生产 成本低 , 铸件气孔率低 , 但其所需设备和生产工艺还处在优化阶段 ; 重点介绍了低过热度倾斜板浇 注式流变 铸造 、低 过热度 浇注和弱机械搅拌式流变铸造的工艺特点和核心思想 ; 分析了半固态合金流变铸造的发展前景 。

关键词 : 流变铸造 　半固态 　合金
+ 中图分类号 : TG244 . 3 　　文献标识码 : A 　文章编号 : 1001 -2249( 2004) 02 -0004 -05

　　 半固态金属的流变压铸是最早进行研究的半固态 金属成形工艺 , 它将制备出的半固态合金浆料直接送往 压铸机的压射室 , 进行流变压铸 。 然而 , 早期通过强烈 机械搅拌获得的半固态合金浆料的保存和输送很不方 便 , 因而半固态合金流变铸造技术的进展很缓慢 , 一直 没有出现成熟的技术 。 与此同时 , 工艺流程较长的触变 铸造却获得了较大规模的应用[ 1] 。 但是 , 经过多年的生 产实践和深入研究发现 , 采用触变铸造技术尚存在 5 大 工艺问题 : ① 半固态铝合金坯料成本高 , 制备坯料时额 外高出约 40 % 的费用 ; ②传统电磁搅拌的功率大 、效率 低、 能耗高 ; ③ 传统电磁感应重熔加热的能耗高 , 坯料表 面氧化严重 , 而且加热时坯料总会流失部分金属 , 占坯 料质量的 5 %～ 12 %; ④坯料的 液相分数不能太高 , 否 则非常复杂零件的成形困难 ; ⑤锯屑 、坯料重熔加热时 的流汤 、浇注系统( 占坯料质量的 10 %～ 20 % ) 和废品 ( 所有回炉料约占坯料质量的 40 %～ 50 % ) 不能马上回 用 , 必须返回到坯料制备车间或坯料供应生产厂 , 增加 了成形生产成本 。 为了解决上述难题和进一步降低生 产成本 , 扩大半固态合金铸造的应用 , 近年来 , 半固态金 属铸造技术领先的国家重新将半固态合金浆料直接铸

造成形技术作为降低生产成本的主攻方向 , 半固态合金 流变铸造技术的研究越来越受到重视 , 一些新的流变铸 造方法正在取得突破性的进展 , 下面分别对这些技术的 特点和发展前景进行论述 。

1　 传统机械搅拌式流变铸造
在早期的研究中 , 美国 MIT 的 Mehrabian 和 Riek 等 人曾经研究过 A380 铝合金和 905 铜合金的半固态流变 铸造 , 这两种合金的半固态浆料都是通过机械搅拌方法 制备的[ 2 , 3] 。 通过非连续机械搅拌装置制备 A380 铝合金半固态 浆料 。 在搅拌制备过程中 , 当 A380 铝合金冷却到适宜 的固相分数时 , 将坩埚中的浆料送入压铸机的压射室进 行流变压铸成形 。 流变压铸条件为 : 压射冲头速度 为 0. 91 ～ 2 . 13 m/ s , 压射压力为 47 . 6 ～ 158 . 6 MPa , 模具温 度为 204 ℃, 半固态 A380 铝合金浆料的温度为 564 ～ 572 ℃。 在该压铸条件下 , 流变压铸出较为致密的 零件 毛坯 , 其致密度与液态 A380 铝合金的压铸件相当 。 该 流变压铸毛坯为一种盖类零件 , 如图 1 所示[ 2] 。

＊　国家重点基础研究发展( 973) 规划项目( G2000067202-3) , 国家 863 计划项目( G2002AA336080) , 国家自然科学基金项目( 50374012 ) ＊ ＊ 毛卫民 , 男 , 1958 年出生 , 教授 , 博士生导师 , 北京科技大学铸造研究所 , 北京( 100083) , 电话 : 010 62332882 , E mail : maoweimin263. com 收稿日期 : 2003 10 16

参 　考 　文 　献
1 　Shivkumar S , Ri cci S . Apelian D . Influence of Solution Parameters and Simplified Supersaturation Treatment s on Tensile Propert ies of A356 A lloy . AFS Transactions , 1990 , 98 : 913 ～ 920 2　 Shivkumr S , Keller C , keller D . Aging Behavior in Cast Al-Si -Mg Al loys . AFS Transactions , 1990, 98 : 905 ～ 910 3 　Crowell N , Shivkumar S . Solution Treatment Eff ects in Cast Al -Si-Cu Al loys . AFS Transactions , 1995 , 103 : 721 ～ 730 4 　Shivkumar S , Wang L , Kel ler C . Notched Tensile Properties of Heat-Treated A356 Castings . AFS Transations , 1995 , 103 : 705 ～ 712 5　 M urali S , Arunkumar Y , Chetty P V J et al . The Effect of Preaging on the Delayed Aging of A l -7Si-0 . 3Mg . JOM , 1997 , 49 ( 2) : 29 ～ 37 6 　Kang H G , Kida M , Miyahara H et al . AgeHardening Characteristi cs of A l -SiCu-Base Cast Alloys . AFS Transctions , 1999 , 107 : 507 ～ 512 7 　Zhen l , Fei W D , K ang S B . Precipitaion Behavior of A l -Mg-Si Alloys with

High Silicon Content . Journal of M aterials Science , 1997 , 32( 7) : 1 895 ～ 1 899 8　Eskin D G , Massardier V , Merle P A . Study of High -temperature Precipitation in Al-MgSi Alloys With an Excess of Silicon . Journal of Materials Science , 1999 , 34( 4) : 811 ～ 818 9　Dons A L , Pedersen L , Arnberg L . The Origin of Anomalous Microsegregation in Al-Si Foundry Alloys -Modelling and Experimental Verif ication . Materials Science and Engineering , 1999 , A 271( 1 ～ 2) : 91 ～ 100 10 　Pedersen L , A rnbery L . Anomalous Microsegregation in Al-Si Foundry A lloys . Materials Science and Engineering , 1998 , A241( 1 ～ 2) : 285 ～ 291 11 　Edwards G A , Stil ler K , Dunlop G L et al . The Precipitation Sequence in AlMg-Si A lloys . Acta Mater . , 1998 , 46 ( 1) : 3 893 ～ 3 898 12 　 Sokolowsdi J H , Mi le B . Djurduevic , Christopher A . K ierkus , Derek O . Northwood , Improvement of 319 Aluminum Alloy Casting Durability by High Temperature Solution Treatment . Journal of Materials Processing Technology , 2001 , 109( 1 ～ 2) : 174～ 180

( 编辑 : 刘　 卫)

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　　a . 浇注 a. 流变压铸件 b. 液态压铸件

　b . 电磁搅拌 　c . 调整射室位置

d. 压射成形

图 2 　射室制备 半固态合金浆料和流变铸造示意图 图 1 　A380 铝合金的流变压铸件与液态 压铸件

　　 Shibata 等人后来又提出了一种技术方案 : 立式压 铸机及射室与图 2 所示的类似 ; 将 60 mm ×12 mm 的 射室预 热到不同温度 ( 25 ～ 700 ℃ ) , 再浇 入不同温 度 ( 625 ～ 660 ℃ ) 的 AlSi7Mg0 . 3 合金液体 ; 当 AlSi7Mg0 . 3 合金熔体的心部冷却到 600 ℃时 , 将半固态浆料压入型 腔 。 试验 表 明 : 浇 注 温 度较 低 时 , 如 不 超 过 630 ℃, AlSi7Mg0 . 3合金熔体心部的初生 α Al 呈球状 , 初生 α Al 的形状因子较高 , 但当浇注温度超过一定程度时 , 初生 α Al 就转变为树枝晶 , 初生 α -Al 的形状因子较低 ; 在同 一浇 注 温 度 下 , 随 着 压 铸机 射 室 预 热 温 度 的升 高 , AlSi7Mg0 . 3合金熔体心部的初生 α Al 形状变差 , 适宜的 射室预热温度不 超过 370 ℃。 在同样 的试验条件下 , AlSi7Mg0 . 3 合金熔体边缘处 的初生 α Al 形态比较差 , 一般呈细枝晶 、 或蔷薇状枝晶 、 或粗大的枝晶 。 试验还 表明 : 在同样的试验条件下 , 加入质量分数为 0 . 11 %的 Ti 以后 , 初生 α Al 的形状因子有所提高 , 而加入晶粒细 化剂 Ti( 质量分数为 0 . 16 % ) 和 B( 质量分数为 0 . 011 % ) 以后 , 初生 α Al 的形状因子更高一些 。 经过试验 , 流变 压铸平板件的力学性能比重力铸造和低压铸造平板件 的力学性能高 。 Hitachi 金属有限公司对直接在射室中制备半固态 铝合金浆料的技术作了进一步改进 , 用电磁泵和热管将 熔化炉中的铝合金液直接送入压铸机射室 , 避免与空气 接触 , 再通过氩气保护 , 进一步减少浆料中的氧化夹杂 物; 射室外增加了感应加热器 , 用以均匀半固态铝合金 浆料的温度场 ; 从 1999 年开始 , 该技术已经用于汽车零 件的生产 。 但在压铸机射室中制备半固态铝合金浆料 的制备效率较低 , 电磁搅拌仍然容易引起合金熔体的飞 溅和氧化 , 压铸机射室的结构也过于复杂 , 降低了压铸 机的生产效率 , 压铸机射室的寿命也不可能太长 , 另外 , 非搅拌制备半固态铝合金浆料时边缘处的组织仍然不 理想 , 这也可能影响流变铸造及成形件的力学性能 , 因
① Shibata R , Kaneuchi T , Soda T et al . For mation of Spherical Solid Phase in Die Casting Shot Sleeve without Any Agitation . in : Dardano C , Francisco M and Proud J . Proc . of the 5th Int . Conf . on Semi -Solid Processing of Alloys and Compositions , Golden , Colorado , June 23 -25, 1998 , Colorado School of Mines : 465 ～ 470

①

　　 虽然上述试验证明机械搅拌制备的半固态合金浆 料可以实现流变铸造 , 流变铸造件的外观质量良好 , 内 部致密度进一步提高 , 但是 , 机械搅拌制备的半固态合 金浆料的保存比较麻烦 , 需要对保存坩埚或储存室进行 预先加热和保温 , 这在实际应用中很不方便 。 另外 , 半 固态合金浆料的输送也不方便 , 要么输送容器为一次性 消耗品 , 在流变铸造时被压碎 并混入预料中而难以分 离 , 要么半固态合金浆料容易 粘附在输送坩埚的内壁 上 , 需要不断清理坩埚以及无法准确保证流变铸造所需 的浆料体积 , 使流变铸造很难顺利进行 。 因此 , 到目前 为止 , 机械搅拌流变铸造技术一直无法进入实际应用 。

2　 射室制备浆料式流变铸造
为了避免半固态合金浆料的存储和输送 , 日本 Hitachi 金属有 限公司的 Shibata 等 人提出了一 种技术方 案: 在 2 500 kN 立式压铸机的射室中制备半固态合金浆 料 , 然后直接压射成形 , 如图 2 所示
[4 ]

, 对浇入射室中的

AlSi7Mg0 . 7 铝合金 ( 1. 5 kg ) 进行电磁搅拌 , 同时 , 铝合 金熔体在搅拌中不断冷却 ; 当铝合金熔体冷却到适当的 温度( 590 ～ 600 ℃ ) 时 , 就制备出了具有触变性的半固 态铝合金浆料 , 然后 , 在 133 MPa 的压射压力和 0 . 4 m/ s 的入口速度下 , 将半固态 AlSi7Mg0 . 7 合金浆料直接压 入模具型腔 , 流变压铸后的平板铸件组织与液态铝合金 压铸件的组织截然不同 , 经过电磁 搅拌后的初生 α -Al 为球状 。 图 2 中所用的射室具有特殊结构 , 在射室上开 有 12 道垂直缝 , 缝隙宽度为 2 mm , 以减小射室产生的 感应涡电流 , 强化电磁搅拌效果 。 经过 T6 处理( 540 ℃ 保温 4 h , 淬入热水 , 又在 160 ℃时效 4 h) , 流变压铸件 的力学性能比挤压铸件的性能高一些 , 而伸长率提高 1 倍 。 在此试验的基础上 , Shibata 等人又在 6 300 kN 立式 压铸机上进行了类似的试验 , 压铸件为一种汽车零件 , 浇入的铝合金质量为 4 . 7 kg , 半固态铝合金浆料的温度 为 590 ～ 600 ℃, 压射压力为 100 MPa , 浇口处的入射速 度为 0 . 23 m/ s ; 流变压铸件经过 T6 处理后 , 其力学性能 与挤压铸件的相当 , 但伸长率提高了 38 %。

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特种铸造及有色合金 　 2004 年第 2 期 此 , 技术上仍然需要继续完善 。 中 , 对整个设备的温度控制要求很严格 , 为此设备分成 5 段 , 在第 5 段中设置了加热和监控热电偶 , 在第 1 段 和第 2 段中设置了加热和冷却通道及监控热电偶 , 在第 3 段设置了加热器 ; 通过调整冷却通道中压缩空气的流 量来调整第 1 和第 2 段的冷却强度 , 通过 PID 参数来调 整各段的电阻加热功率 , 使各处的温度都处在预定的温 度范围 , 最终射铸的半固态合金浆料控温精度可以达到 ± 0. 5 ℃。 在流变射铸中 , 液态合金从浇注漏斗流入搅 拌桶时几乎不会卷入气体 , 合金又是在密封的通道中被 搅拌剪切 , 任何气体及惰性气体都不可能进入合金熔体 中 , 因此 , 流变射铸中的半固态合金浆料的气体含量比 触变射铸中的气体含量低 。 在图 3 所示的流变射铸中 , 螺旋杆的转动速度为 112 r/min , 每 min 射铸 1 次 , 每次 射铸的合金容量约为 50 cm3 。 流变射铸周期对半固态 合金浆料的组织状况有较大的影响 , 射铸周期短 , 初生 固相颗粒细小 , 但球形较差 , 射铸周期长 , 初生固相颗粒 较粗大 , 但球形较好 , 如图 3 b 所示 , 1997 年 , 台湾新竹工业技术研 究院改进了立式 流 变射铸机 , 制造了 1 000 kN 卧式或水平式流变射铸原型 机 , 并进行了镁合金和锌合金的流变射铸工艺试验 , 从 镁合金和锌合金射铸件的宏观组织看 , 流变射铸件的气 孔率比普通压铸件的气孔率低得多 ; 该流变射铸机每次 射铸 的 理 论 合 金 容 量 为 245 cm3 , 最 大 压 射 速 度 为 1. 6 m/ s ① 。 该流变射铸机的设计面临的最大难题是防止 各设备部件结合处的合金溢漏和压射机构的温度偏差 。 在合金 浇 注 漏 斗 处 引 入 SF6 保护 气 体 , 成 功 实 现 了 AD91D 镁合金的流变射铸 ; 射铸件是一种手机外壳 , 其 平均壁厚为 1 mm , 即使是手机外壳上用于组装的精细 结构也完全可以射铸出来 。 经过试验 , 研究者认为以下 5 方面是进一步努力的目标 ① : 改进现有设备的动力系 统 , 以便可以获得更高的压射速度 ; 采用可变化的螺距 , 以便缩小螺旋搅拌桶的长度和直径之比( L/ D) , 降低设 备及维护费用 ; 寻找 SF6 的替代品 , 减轻对环境的污染 ; 开发适合薄壁铝合金射铸件的流变射铸机 ; 在将来 , 还 准备试用电磁搅拌系统代替螺旋机械搅拌系统和缩短 搅拌桶的长度 。 与触变射铸相比 , 单螺旋流变射铸工艺的最大优点 是: 工艺流程短 , 生产成本低 , 废品 和铸件余料回收 方 便 , 流变射铸件气孔率低 。 目前 , 单螺旋流变射铸工艺 尚未达到实际应用水平 , 正处在设备完善和生产工艺优 化阶段 。
① Peng Hs , Hsu W M .Development on Rheomolding of Magnesium Parts . in : Chiarmetta G L and Rosso M . Proc . of the 6th Int . Conf . on Semi-Solid Processing of Alloys and Compositions , Turin , Italy , Sept 27th-29th , 2000, Materials Science and Chemical Engineering Department , Politecni co DI Torino : 313～ 317

3　 单螺旋机械搅拌式流变铸造
触变射铸( thixomolding ) 技术已经获得实际商业应 用 , 生产近终形的镁合金铸件 , 如汽车零件 、 笔记本式微 机外壳 、 手机外壳等 。 这些零件的致密度比普通压铸件 高 , 生产安全可靠 、 环境污染小 , 因此触变射铸技术具有 较强的竞争力 , 但触变射铸需要使用固态镁合金屑 , 原 料的制造较为麻烦 、成本较高 ; 触变射铸件的气孔率仍 然较高 , 可达 1 %～ 1 . 7 %; 触变射铸的设备投资及设备 维护成本较高 ; 与普通压铸相比 , 触变射铸的生产周期 较长 , 所以 , 在研究开发触变射铸技术的同时 , 美国康乃 尔大学提出了流 变射铸技术 , 并于 1993 年制造了 100 kN 的立式流变射铸原型机[ 5] 。 并在 1996 年 3 月获得 专利授权[ 6] 。 立式流变射铸的工艺流程如图 3 所示[ 5 , 6] 。 在图 3 所示的流变射铸中 , 不使用固态合金屑 , 而是使用过热 的液态合金 ; 液态合金从浇注漏斗中流入搅拌外桶和螺 旋杆的缝隙中 , 以氩气保护浇注漏斗 , 防止合金的氧化 ; 合金熔体在向下流动过程中 , 不断被搅拌剪切和冷却 , 当合金熔体到达出口时 , 半固态合金浆料达到预定的固 相分数 , 初生固相已经转变为球状 ; 在射铸时 , 螺旋杆先 后退一定的距离 , 使螺旋杆前端积聚足量的半固态合金 浆料 , 然后螺旋杆以一定的轴向速度( ≤0 . 15 m/ s) 将其 前端的半固态合金浆料压入模具型腔 ; 随后 , 螺旋杆再 次旋转搅拌合金熔体 , 准备下一次射铸 。 在流变射铸

图 3 　流变射铸工艺示意图

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半固态合金流变铸造的研究进展

4　 双螺旋机械搅拌式流变铸造
在单螺旋机械搅拌流变射铸的研究开发过程中 , 英 国 Brunel 大学的 Ji S 等人于 1999 年提出了双螺旋机械 搅拌流变射铸工艺 , 双螺旋机械搅拌流变射铸工艺原理 如图 4 所示[ 7] 。 由图 4 看 , 双螺旋机械搅拌流变射铸设 备主要包括液态合金供料机构 、双螺旋机械搅拌机构 、 压射机构和中央控制机构 。 供料机构能够保证向双螺 旋机械搅拌机构提供温度合适和适量的液态合金 ; 液态 合金一旦进入搅拌系统 , 一边被双螺旋搅拌桶强烈地搅 拌 , 一边被快速冷却到预期的固相分数 ; 当半固态合金 浆料到达输送阀时 , 初生固相已经转变为球状颗粒 , 并 均匀分布在低熔点的液相中 ; 当输送阀打开时 , 半固态 合金浆料进入成形射室 , 被压入模具型腔 , 并在模具中 完全凝固 ; 在双螺旋搅拌机构中 , 设备中设置了许多的 加热和冷却通道 , 可以准确控制合金浆料的温度 , 控温 精度可达 ± 1 ℃; 在合金供料器中也布置有加热源 , 以 控制液态合金的温度 ; 在压射机构中也布置有加热源 , 以控制压室中半固态合金浆料固相分数 , 保证压射工艺 过程的稳定 。

5　 低过热度倾斜板浇注式流变铸造
1996 年 , 日本 UBE 公司申请了非机械或非电磁搅 拌的低过热度倾斜板浇注式的流变铸造技术专利 , 也称 为 New Rheocasting , 简 称 NRC , 其 技术 路 线 如 图 5 所 示[ 8] 。 该技术的核心内容是 : 首先降低浇注合金的过热 度 , 将合金液浇注到一个倾斜板上 , 合金熔体流入收集 坩埚 , 再经过适当的冷却凝固 , 这时的半固态合金熔体 中的初生固相就呈球状 , 均匀分布在低熔点的残余液相 中 , 最后对收集坩埚中的合金浆料进行温度调整 , 以获 得尽可能均匀的温度场或固相分数 , 就可以将收集坩埚 中的半固态合金浆料送入压铸机的射室 、 挤压铸造机的 射室或锻造机的锻模中 , 进行流变铸造 ; 收集坩埚还可 以盖上低导热的上盖 , 收集坩埚可以放置在一个圆盘或 带式传送机上 , 圆盘或带式传送机上设置有均热装置 , 借此调整半固态合金浆料的温度场[ 8] ; 也可以取消倾斜 板 , 而在浇注时将收集坩埚倾斜 , 可取得与倾斜板相同 的浇注效果
[ 9]

。

图 5 　低过热度 倾斜板浇注式流变铸造工艺示意图
1. 熔化坩埚 　2 . 合金液 　 3. 倾斜板

图 4 　双螺旋流变射铸工艺结构示意图
1. 加热源 　2 . 坩埚 　3 . 塞杆 　4. 搅拌桶 　5 . 感 应加热圈 　6 . 冷 却通道 　7 . 内衬 　8. 输送阀 　9. 模具 　10 . 型腔 　11 . 感应 加热 圈 　12 . 射室 　 13 . 双螺旋 　 14 . 活塞 　 15 . 端帽 　 16 . 驱动系统

4. 收集坩埚 　5 . 射室 　6. 毛坯 　7 . 模具

NRC 技术的实施可以明显缩短金属半固态铸造的 工艺流程 , 降低生产成本 , 所以 , NRC 技术已经在 一些 公司投入生产 , 如奥地利的 LKR 公司 , 意大利的 Stampal 公司等 。 但有关 NRC 技术的发展工作目前仍在继续进 行 , 如毛坯的焊接 、废品及浇注系统的回收和全面价格 评估系统的技术开发等[ 9] 。

图 4 所示的双螺旋流变射铸工艺所具有的最大优 点是 : 可以获得很高的剪切速率 , 如 5 200 s -1 , 或获得高 强度的紊流 。 经过对 Sn-15Pb 和 Mg-30Zn 合金的搅拌 试验 , 结果表明 : 在大剪切速率或高强度紊流下 , 半固态 合金浆料中的初生固相尺寸非常细小 、圆整 、分布均匀 , 很少发现初生固相的集聚现象[ 7] 。 吴树森等人对双螺旋机械搅拌流变压铸工艺进行 了研究 , 取得了与 Brunel 大学 Fan 等人相类似的结果 , 压铸出 AZ91D 镁合金试件 ① 。 与单螺旋流变射铸相比 , 双螺旋流变射铸工艺的最 大优点是 : 剪切速率高 , 合金浆料中的初生固相尺寸小 、 球形圆整 。 目前 , 双螺旋流变射铸工艺尚未达到实际应 用水平 , 正处在设备完善和生产工艺优化阶段 。

6　 低过热度浇注和弱机械搅拌式流变铸造
在 2001 年 , 美国麻省理工学院 ( MIT) 的 Yurko J A 等人提出了一种新的流变铸造技术 , 该技术的核心思想 是: 将低过热度的合金液浇注到制备坩埚中( 该坩埚内

② Wu S , Luo J , Mao Y et al . Microstructure and Property of AZ91D Alloy Produced by SemiSolid Rheo-Diecasti ng . In : Tsutsui Y , Kiuchi M and Ichikawa . Proc . Of the 7th Int . Conf . On Semi-Solid Processing of Alloys and Compositions , Tsukuba JAPAN , Sept 25th -27th , 2002 , National Institute of Advanced Industrial Science and Technology , Japan Society for Technology of Plasti city : 843 ～ 848

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特种铸造及有色合金 　 2004 年第 2 期 径尺寸适合压铸机的射室尺寸) , 利用镀膜的铜棒对坩 埚中的合金液进行短时弱机械搅拌 , 使合金熔体冷却到 液相线温度以下 , 然后移走搅拌铜棒 , 让坩埚中的半固 态合金熔体冷却到预定的温度或固相分数 , 最后 , 将坩 埚中的半固态合金浆料倾入压铸机射室 , 进行流变压 铸
[ 10]

　　已经利用该流变铸造技术进行过压铸试验 , 合金浆 料的固相分数为 0 . 3～ 0. 45 , 这些压铸件正在进行热处 理和力学性能测试 。 另外 , MIT 的新流变铸造技术已经 Idra Presse 公司使用 , 正在进行相关立式或卧式设备的 研究开发 。 从整个工艺流程看 , 这种制备方式简单 、便 于过程控制 , 工艺流程短 , 生产成本低 , 因此 , 这种新型 流变铸造技术的应用前景十分光明 。
参 　考 　文 　献
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。 低过热度浇注和短时弱机械搅拌制备半固态合

金浆料的工艺过程如图 6 所示 。 试验表明 : 只要机械搅 拌速度大于 60 r/min , 就可以制备出初生固相形状因子 比较理想的半固态合金浆料 , 无须高强度的机械搅拌 ; 只要合金液低于液相线温度和机械搅拌时间大于 2 s , 就可以制备出初生固相形状因子比较理想的半固态合 金浆料 , 无须长时间的机械搅拌 。

图 6 　低过热度浇注和短时弱机械搅拌制备 半固态合金浆料示意图

这种半固态合金浆料制备技术的关键在于 : 要快速 地使合金熔体散去过热 , 并同时在合金熔体中产生低强 度的循环流动 , 使合金熔体各处均处在形核和凝固中 ; 一旦形成一定的初生晶核 , 就可以停止搅拌 , 初生晶粒 就会转变为球状晶粒 。 这种半固态合金浆料的初生晶 粒中夹裹的液相很少 , 这会提高半固态合金浆料在成形 时的流动性 , 便于成形复杂件 。

( 编辑 : 刘　 卫)

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第九期实型( 消失模) 铸造技术 培训班开学通知
由中铸协实型铸造专业委员 会和中铸 协教育 培训工 作委员 会联合开办的“ 第九期实型( 消失模) 铸造技术培训班” 即将开学 。 一 、时间 : 2004 年 4 月 9 日 ～ 15 日 二 、报到地点 : 清华大学内服务楼 注意 : 进清华 南校 门后 一直 向前 ( 北) 走到第 3 个 路口 向西 ( 左) 走到服务楼 。 三 、费用 1 、培训教学和资料费 : 会员 800 元/ 人 , 非会员 1 000 元/ 人 。 2 、食宿统一安排 , 费用自理 ; 住宿 50 元/ 人·天 。 四 、联系人和电话 中铸协实型铸造专业委员会 　　姚伟芬 　021 -68732233 中 铸 协 教 育 培 训 委 员 会 　　雷霆老师 　13911024051

中国铸协实型铸造专业委员会 中国铸协教育培训工作委员会

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CoSponsored by the Foundry Institute of Chinese Mechanical Engineering Society and the Wuhan Mechanical Technology Institute

SPECIAL CASTING &NONFERROUS ALLOYS
No . 2　 2004 　Bimonthly ( Series : No . 137)

CONTENTS 　&　 ABSTRACTS
Ageing Behavior of Al8Si0. 4Mg C ast Alloy W ang Guiqing ( Shandong Architectural Engineering Institute , Jinan , China) Bian Xiufang( Shangdong University , Jinan , China) 2 004 ( 2 ) 01 ～ 04 Abstract The age behavior of both as-cast and solid solution treated ( T6) Al8Si0 . 4 Mg alloys was studied by hardness measurement , differential scanning calorimetry ( DSC) , electron probe micro analysis and TEM . Hardness measurement indicated that as-cast alloy exhibited remarkable age harderning effect , having microhardness peak value lower than T6 treated alloy only by 6 HV . No obvious effect of cooling rate on age hardening appeared . DSC and TEM analysis results showed that the age hardening for both alloys was attributed to the precipitation of metastable β ″and β ′ phases to strengthen the matrix . The distribution of precipitated phases and the homogeneity coefficient of mciro-hardnessg for both alloys have been discussed . Key Words : Al Alloy , Ageing , Precipitated Phase Research Progress in Semi-solid Alloy in Rheocasting Technolo gy Mao W eimin 　 Bai Yuelong ( University of Science and Technology Beijin g , Beijing , China) Chen Jun 　 ( Fujian Sanming Iron and Steel Co . ,San ming , China) 2 004 ( 2) 04 ～ 08 Abstract The research and application status of semi-solid alloy rheocasting in about latest 30 years were surveyed . So far due to the storage and transport for prepared semi-solid slurry with difficuties , the conventional mechnical stirring technology cann' t still be put into industrial practice . The slurry preparation in injection chamber was introduced . Tensile strength of castings treated by T6 in rheocasting was equivalent to that of castings in squeezing casting while the elongation was much higher . Although the single or double screw rheocasting injection was characterized by short process , low production cost and low gas porosity , the equipment and technology still need to be optimized . The technological features and essential principle of tilting plate pouring with low superheated alloy as well as low supreheated alloy with slightly mechanical stirring in semi-solid rheocasting were emphatically discribed combined with the prospect analysis . K ey Words : Rheocasting , Semi-solid , Alloy The T echnique of On -line Generating Protective Atmosphere for Mg You Guoqiang 　 Long Siyuan 　 Zha Jili ( Chongqing University , Chongqing , China) 2 004 ( 2 ) 09 ～ 12 Abstract The oxidation mechanism of Mg at high temperature and protection techniques of present Mg alloy from ignition are briefly reviewed . The principle and technical details of on -line protective atmosphere for Mg alloy are introduced . Continuously quantitative additions of S , C into reactor maintained at a given temperature react with clean compressed air to generate protective atmosphere SO2 and asistant protective atmosphere CO2 with controllable and adjustable concentration . The results showed that the burning loss rate of liquid Mg alloy with on -line protection only is 3. 8 % lower than that with SO2 and FS6 protection . The on -line protective effects are reliable , available , less expensive for S , C resulting in economic advantages . Key Words : Mg Alloy , Anti -ignition , On -line Generation, Pro tective Atmosphere Progress in T echnologies for Optimizing Casting Q uality in Squeezing Casting Q i Pixiang 　 Qi Lin ( Research Academy of Ordnance Science , Ningbo Branch , Ningbo , China) 20 04 ( 2 ) 1 2 ～ 15 Abstract The latest technologies for Al alloy castings with high soundness , mechnical properties and wear resistance as well as large complicated shape in squeezing casting abroad and at home were surveyed . The partial pressurization pressure can be employed to eliminate shrinkage hole and porosity in thick position of large complicated parts ; the vacuum liquid squeezing casting was suitable for the parts with high soundness and mechnical properties ; the AlSi alloy with high Si content and ceramics reinforced Al matrix composites can be adopted for parts with high wear resistance . The core with soluble salt and high collapsibility was used for the parts with complicated cavities . The squeezing casting would be develpoed in practic . Key Words : Squeezing Casting , Aluminum Alloy , Composites Preparation of Al-Ti-C Master Alloy by Exothermic Dispersive Synthetic Technology Li Yinglong 　W en Jinglin 　Chen Yanbo 　 Cao Furong 　 Zhan Guocan ( Northeastern University , Shenyang , China) 2004( 2) 16 ～ 18 Abstract AlTi5C0 . 2 master alloy was prepared by the exothermic dispersive synthesis using Al , Ti and C powders in Al melt . The reactive synthetic process of the master alloy and the generation mechanism as well as refining features of TiC particulate were investigated by means of OM , XRD and SEM . The results showed that the explosively exothermic reaction between Ti( s)and Al( l) formed chunky TiAl3( s)particle in Al melt at 670 ℃with elevating the melt temperature in the reactive zone , and in turn TiAl3( s) particle dissolved into Al melt to generate active Ti which diffused into the surface of carbon particle to form TiC particle in coagulative state . The TiAl3 particle changed from chunky to flaky shapes with obviously clustered TiC distribution with prolonging holding time , resulting in slight reduction of refining performance of the Ⅰ



  本文关键词：半固态合金流变铸造的研究进展，，由笔耕文化传播整理发布。