1. vis?o geral

2、Princípio do processo

O princípio do processo de fundi??o semi-sólida reside no facto de que, ao aplicar uma forte agita??o durante a solidifica??o do metal líquido, o esqueleto da rede dendrítica formado na fundi??o convencional é quebrado e transformado numa organiza??o granular dispersa suspensa na fase líquida. Esta pasta semi-sólida na taxa de fase sólida atinge um certo nível (como 0,5-0,6) ainda pode manter um certo grau de fluidez, permitindo o uso defundi??o injectadaOs processos de conforma??o convencionais, como a extrus?o e o forjamento, processam o metal para otimizar a qualidade da pe?a fundida e aumentar a produtividade.

3. prepara??o da liga

Existem muitos métodos para preparar ligas semi-sólidas, para além do método de agita??o mecanica, nos últimos anos, foi desenvolvido o método de agita??o electromagnética, o método de carregamento por impulsos electromagnéticos, o método de agita??o por vibra??o ultra-sónica, o fluxo for?ado do líquido da liga ao longo do canal curvo sob a a??o de uma for?a externa, o método de ativa??o da fus?o induzida por tens?o (SIMA), o método de deposi??o por pulveriza??o (Spray), o método de controlo da temperatura de fundi??o da liga, etc. Entre eles, o método de agita??o electromagnética, o método de controlo da temperatura de fundi??o da liga e o método SIMA s?o os métodos com maior potencial de aplica??o industrial.

3.1 Método de mistura mecanica

Flemings et al. prepararam com êxito lamas semi-sólidas de ligas de estanho-chumbo utilizando um conjunto de agita??o constituído por um cilindro interior e um exterior concêntricos com dentes (o cilindro exterior rodava enquanto o interior estava parado); H. Lehuy et al. utilizaram pás de agita??o para preparar ligas de alumínio-cobre, ligas de zinco-zinco e ligas de zinco-zinco-zinco.alumínioe pasta semi-sólida de liga de alumínio-silício. Posteriormente, melhorou-se o agitador e preparou-se a pasta semi-sólida de liga ZA-22 utilizando um agitador em espiral. Através do melhoramento, o efeito de agita??o da pasta foi melhorado, a for?a de fluxo global do líquido metálico no molde foi refor?ada e foi gerada uma press?o descendente no líquido metálico para promover o vazamento e melhorar as propriedades mecanicas do lingote.

3.2 Método de agita??o electromagnética

A agita??o electromagnética é a utiliza??o de um campo eletromagnético rotativo no líquido metálico para produzir corrente induzida, o líquido metálico na for?a magnética de Lorentz sob a a??o do movimento, de modo a atingir o objetivo de agitar o líquido metálico. Atualmente, existem dois métodos principais para gerar um campo magnético rotativo: um é o método tradicional de passar corrente alternada dentro da bobina de indu??o; o outro é o método do íman permanente rotativo introduzido por C.Vives de Fran?a em 1993, cuja vantagem é que o indutor eletromagnético é composto por material magnético permanente de alto desempenho, o campo magnético gerado no interior é de alta resistência e, alterando a disposi??o dos ímanes permanentes, pode fazer com que o líquido metálico produza um fluxo tridimensional óbvio, melhore o O efeito de agita??o é melhorado e o envolvimento de gás durante a agita??o é reduzido.

3.3 Método de ativa??o da fus?o induzida por deforma??o (SIMA)

A ativa??o por fus?o induzida por deforma??o (SIMA) é um processo pelo qual um lingote convencional é pré-deformado, por exemplo, trabalhado a quente por extrus?o, laminagem, etc., numa barra semi-acabada, que tem uma microestrutura com uma forte estrutura de deforma??o alongada, e depois aquecida até à regi?o de duas fases sólido-líquido isotérmica durante um certo período de tempo, onde os gr?os alongados s?o transformados em partículas finas, e depois arrefecidos rapidamente para obter um lingote com uma organiza??o dendrítica amorfa. O efeito do processo SIMA depende principalmente da temperatura mais baixa das duas fases de trabalho a quente e de refus?o, ou entre as duas adicionar uma fase de trabalho a frio, o processo é mais controlável. A tecnologia SIMA é adequada para uma variedade de séries de ligas de alto e baixo ponto de fus?o, especialmente para a prepara??o de um ponto de fus?o mais elevado da liga n?o dendrítica tem uma superioridade única. Tem sido aplicada com sucesso em a?o inoxidável, a?o para ferramentas e ligas de cobre, séries de ligas de alumínio, para obter o tamanho de gr?o de cerca de 20um de organiza??o n?o dendrítica da liga, está a tornar-se um método competitivo de prepara??o de matérias-primas de forma??o semi-sólida. No entanto, a sua maior desvantagem é a pequena dimens?o das pe?as em bruto preparadas.

3.4 Novos métodos desenvolvidos nos últimos anos

Nos últimos anos, verificou-se na Southeast University e no Aresty Institute no Jap?o que a organiza??o dendrítica incipiente pode ser transformada numa organiza??o esferoidal através do controlo da temperatura de vazamento da liga. Este método caracteriza-se pelo facto de n?o ser necessário adicionar elementos de liga nem agitar. V. Dobatkin et al. propuseram um método de obten??o de lingotes semi-sólidos através da adi??o de um agente de refina??o ao metal líquido e do seu tratamento por ultra-sons, denominado método de tratamento por ultra-sons.

4) Método de conforma??o

Existem muitos métodos para formar ligas semi-sólidas, sendo os principais:

(1) Reocasting(Rheoforming, Rheocast) Fundi??o direta ou moldagem por extrus?o da pasta metálica semi-sólida resultante por agita??o intensa durante o arrefecimento do líquido metálico da fase líquida para a fase sólida a uma determinada fra??o de fase sólida. 1 Liga de fundi??o injectada 2 Fornecimento contínuo de líquido de liga 3 Aquecedor de indu??o 4 Refrigerador 5 Lingote fundido reologicamente 6 Camara de inje??o 7 Molde de fundi??o injectada Por exemplo, R. Shibata et al. utilizaram uma pasta de liga semi-sólida preparada pelo método de agita??o electromagnética para ser alimentada diretamente na camara de inje??o de uma máquina de fundi??o injectada para moldagem. As propriedades mecanicas das pe?as fundidas de liga de alumínio produzidas por este método s?o superiores às das pe?as fundidas por extrus?o e comparáveis às das pe?as fundidas tixotrópicas semi-sólidas. O problema é que as dificuldades de preserva??o e de entrega da lama metálica semi-sólida, pelo que a sua aplica??o efectiva n?o é grande.

(2) Fundi??o tixotrópica(Thixoforming, Thixocast) Fundi??o injectada ou extrus?o de lingotes preparados de organiza??o n?o dendrítica após reaquecimento na zona sólido-líquido até uma viscosidade adequada. EOPCO, HPM Corp, Prince Machine, e THT Presses nos Estados Unidos, bem como Buhler na Suí?a, IDRA USA e Italpresse of America em Itália, Producer USA no Canadá, e Toshiba Machine Corp e UBE no Jap?o. Machinery Services, etc. conseguiram produzir equipamento especial para a conforma??o tátil de ligas de alumínio semi-sólidas. O método de aquecimento de biletes e de transporte é fácil de automatizar, pelo que é atualmente o método de fundi??o semi-sólida dos principais processos.

(3) Moldagem por inje??o(Moldagem por inje??o) diretamente para o líquido de metal fundido (em vez de após o tratamento da pasta semi-sólida) arrefecido até à temperatura adequada, e complementado por determinadas condi??es de processo na moldagem por inje??o da cavidade. Por exemplo, os Estados Unidos da América, Wisconsin, centro de desenvolvimento de moldes, utilizaram o método de fundi??o semi-sólida de ligas de magnésio. A Universidade de Cornell dos Estados Unidos, o Professor K.K. Wang e outros desenvolveram um dispositivo de moldagem por inje??o de liga de magnésio semelhante, a pasta semi-sólida do tubo de material a juntar, após inje??o de press?o de arrefecimento adequada na cavidade.

(4) Fundi??o contínua a baixa temperatura A chamada fundi??o contínua a baixa temperatura é um método de fundi??o em que o sobreaquecimento do metal líquido é controlado para se situar em torno dos 0°C e o arrefecimento for?ado é efectuado sob o molde de fundi??o. A segrega??o do centro é um grande problema na fundi??o contínua e podem ocorrer rupturas na lamina??o contínua de fio-máquina. Por conseguinte, o processo é de grande importancia.

(5) Vazamento contínuo de tiras Flemings efectuou estudos experimentais de fundi??o contínua de tiras com o metal Sn-15% Pb de baixo ponto de fus?o e analisou a transferência de calor, a solidifica??o e a deforma??o. Concluiu-se que a espessura da tira estava relacionada com a press?o do rolo, a taxa de fase sólida, a taxa de cisalhamento reológico e a velocidade de fundi??o contínua. Quando a press?o específica durante a extrus?o é elevada, promove a microssegrega??o. Para garantir a qualidade superficial e interna e a precis?o dimensional, é necessário controlar rigorosamente os parametros do processo de fabrico de metais semi-sólidos, tais como a taxa de fase sólida, o tamanho da forma cristalina inicial e a quantidade de metal emitido. Para metais de alto ponto de fus?o, como a liga de bronze fosforoso Cu-Sn-P (Cu-8%Sn-0.1%P), a temperatura da linha de fase líquida de 1030 ℃, difícil de trabalhar a quente, com esta liga semi-sólida feita de placa fina tem resultados óbvios. Atualmente, tem sido possível preparar uma excelente organiza??o de lingotes de a?o inoxidável semi-sólidos, lingotes de a?o ferramenta de alta velocidade.

5 Vantagens tecnológicas

As vantagens da tecnologia de fundi??o injectada semi-sólida incluem tanto as vantagens do produto como as do processo.

(1) Vantagens do processo

(1) sem adicionar qualquer agente de refina??o de gr?os para obter uma organiza??o de gr?os finos, eliminando a fundi??o tradicional de cristais colunares e cristais dendríticos grosseiros.

2) Baixa temperatura de forma??o (por exemplo, a liga de alumínio pode ser reduzida em mais de 120°C), o que pode economizar energia.

3) Prolongamento da vida útil do molde. Devido à temperatura mais baixa da pasta semi-sólida que forma a tens?o de cisalhamento, a pasta dendrítica tradicional é três ordens de grandeza mais pequena, pelo que o enchimento é suave, a carga térmica é pequena e a resistência à fadiga térmica diminui.

4) Reduzir a polui??o e os factores de inseguran?a. Porque a opera??o está livre do ambiente de metal líquido de alta temperatura.

(5) Pequena resistência à deforma??o, a utiliza??o de uma pequena for?a pode ser conseguida através de um processamento homogéneo, fácil de formar materiais difíceis de maquinar.

(6) Solidifica??o mais rápida, maior produtividade e ciclo de processo mais curto.

(7) Adequado para a utiliza??o de conce??o e fabrico assistidos por computador, melhorando o grau de automatiza??o da produ??o.

(2) Vantagem do produto

1)Qualidade das pe?as fundidasElevadas. Devido ao refinamento do gr?o, à distribui??o uniforme da organiza??o, à redu??o da contra??o do corpo, à redu??o da tendência para a fissura??o térmica, à elimina??o da tendência para a contra??o solta na matriz, as propriedades mecanicas s?o muito melhoradas.

(2) O encolhimento da solidifica??o é pequeno, portanto, após a forma??o de alta precis?o dimensional, pequena margem de maquina??o, quase forma??o líquida.

(3) Vasta gama de ligas de conforma??o. As ligas n?o ferrosas s?o o alumínio, o magnésio, o zinco, o estanho, o cobre e as ligas à base de níquel; as ligas à base de ferro s?o o a?o inoxidável, o a?o de baixa liga, etc.

(4) Fabrico de compósitos de matriz metálica. A utiliza??o de metal semi-sólido de alta viscosidade, pode fazer a diferen?a de densidade, a solubilidade sólida do metal feito de ligas, mas também a utiliza??o efectiva de diferentes materiais misturados, feitos de novos materiais compósitos.

6, o desenvolvimento da tecnologia de fundi??o semi-sólida

6.1 Influência da perturba??o do intervalo de temperatura e da temperatura de vazamento na organiza??o de ligas de magnésio no estado semi-sólido

Liga de magnésio AZ91HP em forno de resistência de cadinho de a?o inoxidável aquecendo a 720 ℃ isolamento 10 minutos para o tratamento de refino, na linha de fase líquida perto do tratamento de isolamento de curto prazo, pode reduzir a tendência de forma??o de organiza??o dendrítica; reduzir a temperatura de processamento, o derretimento é perturbado s?o acelerados para o gr?o para a forma equiaxial ou mesmo desenvolvimento esférico; na faixa de temperatura semi-sólida do tratamento de arg?nio de sopro de fus?o (Ar), de modo que o derretimento é perturbado para melhorar a taxa de nuclea??o, para acelerar a fus?o do bra?o dendrítico e o gr?o isométrico. Acelerando a fus?o dos bra?os dendríticos e a equiaxializa??o do gr?o, pode obter-se uma distribui??o uniforme da organiza??o n?o dendrítica; isto faz com que a fundi??o semi-sólida após a forma??o, o conteúdo da fase β dura e quebradi?a seja reduzido, e é uma distribui??o de malha fina nos limites de gr?o da fase α incipiente, melhorando as propriedades mecanicas das fundi??es semi-sólidas de liga de magnésio (Foundry, 2006, 55(2): 120-125).

6.2 Métodos avan?ados de polpa??o para ligas semi-sólidas

Entre os métodos avan?ados de fabrico de lamas que têm sido propostos, a tecnologia de placa inclinada é simples em termos de princípio e equipamento, fácil de controlar o processo e de baixo custo. Utilizando o método da placa inclinada para preparar o dispositivo de pasta semi-sólida de ferro fundido branco com alto teor de crómio e sub-eutéctico, o líquido metálico no corpo de arrefecimento sob a a??o do arrefecimento por excita??o, a austenite de uma forma n?o uniforme, um grande número de nuclea??o e crescimento, fus?o dendrítica, dobragem, esmagamento e, assim, refinamento, a forma??o de austenite esférica.

6.3 Fundi??o injectada tixotrópica semi-sólida da liga de alumínio Al-6Si-2Mg

A liga de alumínio Al-6Si-2Mg, com uma temperatura de linha de fase líquida de 615°C e uma temperatura de linha de fase sólida de 557°C, tem excelentes propriedades de processo tixotrópico. Tarugo de barra usando o método de topo quente, fundi??o semicontínua vertical de agita??o eletromagnética, diametro de 60 ~ 70 mm; tarugo no aquecimento da bobina do equipamento de indu??o de média frequência, o início do aquecimento rápido a 500 ℃ e, em seguida, aquecimento lento, o núcleo atinge 560 ℃ e, em seguida, reduz ainda mais a potência de aquecimento, no núcleo atinge 575 ℃, após a mudan?a para 2800KN máquina de fundi??o sob press?o de camara fria horizontal, fundi??o sob press?o no motor do automóvel no uso da tampa da bomba de água. Fundi??o sob press?o semi-sólida, derreteu α-Al em contato de cisalhamento de alta velocidade de fundi??o sob press?o em forma, parte do crescimento primário de α-Al, parte da solidifica??o em um α-Al secundário esférico fino. A organiza??o eutética de Mg2Si do que a organiza??o de fundi??o contínua é mais fina; Devido à organiza??o semi-sólida do n?o poroso, por 540 ℃, 8 horas de tratamento de solu??o sólida e depois extinta, e depois por 170 ℃, 6 horas de envelhecimento artificial, para obter o seguinte Propriedades mecanicas: resistência à tra??o 340MPa, resistência ao escoamento 310MPa, alongamento 3.5% (Casting, 2005, 54(5): 475-478).