1. Обзор

2、 Принцип процесса

Принцип процесса полутвердого литья заключается в том, что при сильном перемешивании во время затвердевания жидкого металла дендритная сеть, образующаяся при обычном литье, разрушается и превращается в дисперсную гранулированную организацию, взвешенную в жидкой фазе. Эта полутвердая суспензия в твердой фазе при достижении определенного уровня (например, 0,5-0,6) может сохранять определенную степень текучести, что позволяет использоватьлитьё под давлениемТрадиционные процессы формовки, такие как экструзия и ковка, обрабатывают металл, чтобы оптимизировать качество отливки и повысить производительность.

3. Подготовка сплава

Существует множество методов приготовления полутвердых сплавов, помимо метода механического перемешивания, в последние годы были разработаны метод электромагнитного перемешивания, метод электромагнитной импульсной загрузки, метод ультразвукового вибрационного перемешивания, принудительное течение жидкости сплава по изогнутому каналу под действием внешней силы, метод активации плавления, вызванного деформацией (SIMA), метод распылительного осаждения (Spray), метод контроля температуры литья сплава и так далее. Среди них наибольший потенциал для промышленного применения имеют метод электромагнитного перемешивания, метод контроля температуры литья сплава и метод SIMA.

3.1 Механический метод смешивания

Механическое перемешивание было самым ранним методом приготовления полутвердых сплавов. Флемингс и др. успешно приготовили полутвердые суспензии оловянно-свинцовых сплавов с помощью мешалки, состоящей из концентрических внутреннего и внешнего цилиндров с зубцами (внешний цилиндр вращался, а внутренний был неподвижен); Х. Лехуи и др. использовали лопасти для приготовления сплавов алюминий-медь, цинк-свинец.алюминийи полутвердой суспензии алюминиево-кремниевого сплава. Позднее была усовершенствована мешалка, и полутвердый шлам сплава ZA-22 готовился с использованием спиральной мешалки. Благодаря усовершенствованию мешалки улучшился эффект перемешивания суспензии, повысилась общая прочность потока металлической жидкости в форме, в металлической жидкости создалось нисходящее давление, способствующее заливке и улучшению механических свойств слитка.

3.2 Метод электромагнитного перемешивания

Электромагнитное перемешивание - это использование вращающегося электромагнитного поля в металлической жидкости для создания индуцированного тока, металлическая жидкость в магнитном поле Лоренца под действием движения, таким образом, достигается цель перемешивания металлической жидкости. В настоящее время существует два основных метода создания вращающегося магнитного поля: один - традиционный метод пропускания переменного тока внутри индукционной катушки; другой - метод вращающихся постоянных магнитов, введенный К. Вивесом из Франции в 1993 году, преимущество которого заключается в том, что электромагнитный индуктор состоит из высокоэффективных постоянных магнитных материалов, а создаваемое внутри магнитное поле имеет высокую силу, и, изменяя расположение постоянных магнитов, он может заставить металлическую жидкость создавать очевидный трехмерный поток, улучшить Эффект перемешивания улучшается, а вовлечение газа во время перемешивания уменьшается.

3.3 Метод активации расплава под действием деформации (SIMA)

Активация плавления, вызванная деформацией (SIMA) - это процесс, при котором обычный слиток предварительно деформируется, например, горячей обработкой экструзией, прокаткой и т.д., в полуфабрикат, который имеет микроструктуру с сильной удлиненной деформационной структурой, а затем нагревается до изотермической области твердо-жидкого двухфазного состояния в течение определенного периода времени, где удлиненные зерна превращаются в мелкие частицы, а затем быстро охлаждается, чтобы получить слиток с аморфной дендритной структурой. Эффект процесса SIMA в основном зависит от более низкой температуры горячей обработки и переплавки в два этапа, или между ними добавляется этап холодной обработки, процесс более контролируемый.Технология SIMA подходит для различных серий сплавов с высокой и низкой температурой плавления, особенно для подготовки сплавов с более высокой температурой плавления, не дендритных сплавов, имеет уникальное превосходство. Была успешно применена к нержавеющей стали, инструментальной стали и медных сплавов, алюминиевых сплавов серии, чтобы получить размер зерна около 20um не дендритной организации сплава, становится конкурентоспособным методом подготовки полутвердого формирования сырья. Однако его главным недостатком является малый размер получаемых заготовок.

3.4 Новые методы, разработанные в последние годы

В последние годы в Юго-Восточном университете и в Институте Арести в Японии было обнаружено, что зарождающаяся дендритная организация может быть преобразована в сфероидальную путем регулирования температуры заливки сплава. Метод характеризуется тем, что не требуется ни добавления легирующих элементов, ни перемешивания.В.Добаткин и др. предложили способ получения полутвердых слитков путем добавления рафинирующего агента в жидкий металл и обработки их ультразвуком, который получил название метода ультразвуковой обработки.

4. метод формовки

Существует множество методов формирования полутвердых сплавов, основными из которых являются:

(1) Реокастинг(Rheoforming, Rheocast) Прямое литье под давлением или экструзионное формование полученной полутвердой металлической суспензии путем интенсивного перемешивания во время охлаждения металлической жидкости из жидкой фазы в твердую при определенной доле твердой фазы. 1 Сплав для литья под давлением 2 Непрерывная подача жидкости сплава 3 Индукционный нагреватель 4 Охладитель 5 Реологически отлитый слиток 6 Камера впрыска 7 Форма для литья под давлением Например, Р. Шибата и др. использовали полутвердую суспензию сплава, приготовленную методом электромагнитного перемешивания, для подачи непосредственно в камеру впрыска машины для литья под давлением для формования. Механические свойства отливок из алюминиевых сплавов, полученных этим методом, выше, чем у отливок, полученных методом экструзии, и сравнимы с механическими свойствами полутвердых тиксотропных отливок. Проблема заключается в том, что полутвердая металлическая суспензия сохраняется и доставляется с большим трудом, поэтому ее фактическое применение невелико.

(2) Тиксотропное литье(Thixoforming, Thixocast) Литье под давлением или экструзия подготовленных заготовок слитков недендритной организации после их повторного нагрева в твердо-жидкостной зоне до подходящей вязкости. EOPCO, HPM Corp., Prince Machine и THT Presses в США, а также Buhler в Швейцарии, IDRA USA и Italpresse of America в Италии, Producer USA в Канаде, Toshiba Machine Corp и UBE в Японии. Machinery Services и др. смогли изготовить специальное оборудование для тактильной формовки полутвердых алюминиевых сплавов. Метод нагрева заготовок, транспортировки легко поддается автоматизации, поэтому на сегодняшний день полутвердое литье является одним из основных технологических методов.

(3) Литье под давлением(Injection Molding) непосредственно в расплавленную металлическую жидкость (а не после обработки полутвердой суспензии), охлажденную до соответствующей температуры, и дополненную определенными условиями процесса в полость литья под давлением. Например, в Соединенных Штатах Америки, в Висконсине, в центре разработки форм, использовался метод полутвердого литья магниевых сплавов. Корнельский университет США, профессор К.К. Ванг и другие разработали аналогичный магниевого сплава дробеструйного литья формирования устройства, полутвердые суспензии из материала трубы, чтобы присоединиться, после соответствующего охлаждения давления впрыска в полость.

(4) Низкотемпературное непрерывное литье Так называемая низкотемпературная непрерывная разливка - это метод литья, при котором перегрев жидкого металла контролируется до температуры около 0°C, а принудительное охлаждение осуществляется под литейной формой. При непрерывной разливке большой проблемой является центральная сегрегация, а при непрерывной прокатке катанки могут возникать поломки. Поэтому данный процесс имеет большое значение.

(5) Полосатое непрерывное литье Компания Flemings провела экспериментальные исследования непрерывного литья полос из металла с низкой температурой плавления Sn-15% Pb и проанализировала теплопередачу, затвердевание и деформацию. Был сделан вывод, что толщина полосы зависит от давления валков, скорости твердой фазы, скорости реологического сдвига и скорости непрерывной разливки. Когда удельное давление при экструзии высокое, это способствует микросегрегации. Для обеспечения качества поверхности и внутренней поверхности, а также точности размеров необходимо строго контролировать параметры процесса производства полутвердых металлов, такие как скорость твердой фазы, размер исходной кристаллической формы и количество выделяемого металла. Для металлов с высокой температурой плавления, таких как фосфорная бронза Cu-Sn-P сплав (Cu-8%Sn-0.1%P), температура жидкой фазы линии 1030 ℃, трудно горячей обработки, с этой полутвердой сплава из тонкой пластины имеет очевидные результаты. В настоящее время удалось подготовить отличную организацию полутвердых слитков из нержавеющей стали, слитков из высокоскоростной инструментальной стали.

5 Технологические преимущества

Преимущества технологии полутвердого литья под давлением включают как преимущества продукта, так и преимущества процесса.

(1) Преимущества процесса

(1) без добавления какого-либо рафинирующего агента для получения мелкозернистой организации, исключая традиционное литье столбчатых кристаллов и крупных дендритных кристаллов.

2) Низкая температура формования (например, для алюминиевого сплава она может быть снижена более чем на 120°C), что позволяет экономить энергию.

3) Увеличение срока службы пресс-формы. Из-за более низкой температуры полутвердой суспензии формируется напряжение сдвига, на три порядка меньшее, чем у традиционной дендритной суспензии, поэтому заполнение происходит плавно, тепловая нагрузка небольшая, термическая усталостная прочность снижена.

4) Уменьшение загрязнения и небезопасных факторов. Так как в процессе работы отсутствует высокотемпературная среда жидкого металла.

(5) Малое сопротивление деформации, использование небольшой силы может достичь однородной обработки, легко формировать труднообрабатываемые материалы.

(6) Более быстрое затвердевание, высокая производительность и короткий технологический цикл.

(7) Подходит для использования автоматизированного проектирования и производства, повышая степень автоматизации производства.

(2) Преимущество продукции

1)Качество отливокВысокий. Благодаря измельчению зерна, равномерному распределению организации, уменьшается усадка тела, снижается склонность к термическому растрескиванию, устраняется склонность к усадке матрицы, значительно улучшаются механические свойства.

(2) Усадка при затвердевании мала, поэтому после формовки достигается высокая точность размеров, небольшой припуск на обработку, близкая к чистовой формовке.

(3) Широкий спектр формовочных сплавов. Цветные сплавы - это алюминий, магний, цинк, олово, медь, сплавы на основе никеля; сплавы на основе железа - нержавеющая сталь, низколегированная сталь и так далее.

(4) Производство металломатричных композитов. Использование полутвердого металла высокой вязкости, может сделать разницу в плотности, твердой растворимости металла, изготовленного из сплавов, но также эффективно использование различных материалов, смешанных, изготовленных из новых композиционных материалов.

6, развитие технологии полутвердого литья

6.1 Влияние возмущения температурного интервала и температуры заливки на организацию магниевых сплавов в полутвердом состоянии

AZ91HP магниевого сплава в нержавеющей стали тигель печи сопротивления нагрев до 720 ℃ изоляции 10 минут для рафинирования лечения, в жидкой фазе вблизи линии в течение короткого периода изоляции лечения, может уменьшить тенденцию дендритной организации образования; снижение температуры обработки, расплав нарушается ускоряется до зерна до равноосной формы или даже сферической развития; в полутвердом интервале температуры расплава дует аргон (Ar) лечения, так что расплав нарушается для увеличения скорости нуклеации, чтобы ускорить слияние дендритных рук и зерна изометрической. Ускоренное слияние дендритных рукавов и равноосное зерно, может получить равномерное распределение недендритной организации; это делает полутвердое литье после формирования, содержание твердой и хрупкой β-фазы уменьшается, и является мелкоячеистым распределением в зарождающихся границах зерен α-фазы, улучшая механические свойства полутвердых отливок из магниевого сплава (Foundry, 2006, 55(2): 120-125).

6.2 Усовершенствованные методы варки полутвердых сплавов

Среди передовых методов получения суспензий, которые были предложены, технология наклонной пластины проста по принципу и оборудованию, легко контролировать процесс и имеет низкую стоимость. Используя метод наклоненной пластины для подготовки полутвердого субэвтектического высокохромистого белого чугуна полутвердого шлама, металлическая жидкость в охлаждающем теле под действием охлаждающего тела, аустенит неоднородным образом большое количество роста зарождения, дендритного плавления, разрушения, дробления и, таким образом, рафинирования, образования сферического аустенита.

6.3 Полутвердое тиксотропное литье под давлением алюминиевого сплава Al-6Si-2Mg

Алюминиевый сплав Al-6Si-2Mg, с температурой линии жидкой фазы 615°C и температурой линии твердой фазы 557°C, обладает отличными тиксотропными свойствами. Бар заготовки с использованием горячего топ-метод, электромагнитное перемешивание вертикального полунепрерывного литья, диаметром 60 ~ 70 мм; заготовки в средней частоте индукционного оборудования катушки отопления, начало быстрого нагрева до 500 ℃, а затем медленно нагревается, ядро достигает 560 ℃, а затем еще больше уменьшить мощность нагрева, в ядре достигает 575 ℃, после перехода на 2800KN горизонтальной холодной камере литья под давлением машины, литье под давлением в автомобильный двигатель на использование крышки водяного насоса. Полутвердое литье под давлением, расплавленный α-Al в литье под давлением высокоскоростной сдвиг контакт в форму, часть первичного роста α-Al, часть затвердевания в тонкий сферический вторичный α-Al. Эвтектическая организация Mg2Si, чем непрерывное литье организации более тонкой, из-за полутвердой организации непористых, на 540 ℃, 8 часов твердого раствора лечения, а затем закалился, а затем на 170 ℃, 6 часов искусственного старения, чтобы получить следующие Механические свойства: предел прочности 340MPa, предел текучести 310MPa, удлинение 3,5% (Литье, 2005, 54 (5): 475-478).