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半固态成型

浏览:28 发表时间:2020-08-27 10:42:03

半固态成型技术是20世纪70年代由美国麻省理工学院Flemmings教授根据球状非枝晶的奇异特性而研究开发出来的。半固态成型技术因其突出的强化效果而受到广大科技工作者的关注,成为近年来研究的热点之一。

半固态成型技术包括触变铸造、触变锻造、半固态轧制和射铸成型几种工艺,但应用最广的是触变铸造。触变铸造是指把经在固-液温度区间搅拌的金属先制成非枝晶淀料,然后根据所做零件的大小截成小的坯料,再将坯料重新加热到半固态温度后压入模具的方法。 

半固态组织的形成机理:

(1)枝晶断裂机制

在合金的凝固过程中,当结晶开始时晶核是以枝晶方式生长的。在较低温度下结晶时,经搅拌的作用,晶粒之间将产生相互碰撞,由于剪切作用致使枝晶臂被打断,这些被打断的枝晶臂将促进形核,形成许多细小的晶粒。随着温度的降低,这些小晶粒从蔷薇形结构将逐渐演化成更简单的球形结构。

(2)枝晶熔断机制

在剧烈的搅拌下,晶粒被卷入高温区后,较长的枝晶臂容易被热流熔断,这是由于枝晶臂根部的直径要比其它部分小一些,而且二次枝晶臂根部的溶质含量要比它表面稍微高一些,因此枝晶臂根部的熔点要低一些,所以搅拌引起的热扰动容易使枝晶臂根部发生熔断。枝晶碎片在对流作用下,被带入熔体内部,作为新的长大核心而保存下来,晶粒逐渐转变为近球形。

(3)晶粒漂移、混合—抑制机制

在搅拌的作用下,熔体内将产生强烈的混合对流,凝固过程是就在激烈运动的条件下进行,因而是一种动态的凝固过程。结晶过程是晶体的形核与长大的过程,强烈的对流使熔体温度均匀,在较短的时间内大部分熔体温度都降到凝固温度,再由于成分过冷,熔体中存有大量的有效形核质点,在适宜条件下能以非均匀形核的方式形成大量晶核,而混合对流引起的晶粒漂移又极大的增大了形核率。然而在长大过程中,强烈的混合对流则极大的改善了熔体中的传热和传质过程,对晶体的生长起到了强烈的抑制作用。

由于混合对流作用,使得熔体的温度和成分相对均匀。所谓的混合—抑制机制正是指这种环境不利于择优生长,或者说这种生长方式受到了强烈地抑制,而只能选择各个方向长大,于是获得了球状的非枝晶组织。

(4)枝晶弯曲机制

Vogel和Doherty等人认为枝晶臂在流动应力作用下会发生弯曲,并且位错的产生将导致塑性变形的产生。在固相线以上温度时,位错间发生攀移并且互相结合形成晶界,当相邻晶粒的取相差超过20晶粒晶界能超过固液界面能的两倍,液体就将润湿晶界并沿着晶界迅速渗透,从而使枝晶臂与主干分离。




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