1、半固态成型技术的发展现状和展望摘 要半固态成型技术是一种新型的材料成型技术，为了加深人们对半固态成形技术的认识，本文以半固态成型技术与液态成型和塑性成型的本质区别为基础，采用对比分析讨论的方法总结了半固态成型技术的特点与优势，介绍了半固态成型技术的国内外发展现状，并对我国的半固态成型技术的发展做出了合理的展望。 关键词半固态成型 流变成型 触变成型 发展现状 展望 中图分类号：TQ175.6+2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）03-0115-01 目前，半固态成型方法已有许多新的发展，国外已大量用于工业生产，国内仍处于研究和试验阶段。本文对半固态技术的发展进行了阐述，
2、并对我国的半固态成型做了展望。 1 半固态成型技术 1.1 半固态成型技术的概念 半固态这一概念，最初来自于美国麻省理工学院在研究半固态 Sn-15%Pb 合金高温撕裂的力学性能时1，发现金属材料在凝固过程中经强力搅拌后，枝晶网络骨架被打碎3，成为近球状组织，此时的半固态金属具有成型时所需要的优异性能，易于通过普通加工方法制成制品，并冠以半固态成型，一直沿用至今。 1.2 半固态成型技术的特点与优势 金属材料无论是由固态向液态转变还是相反的过程，不可避免的存在者固液共存的状态即半固态。半固态成型利用半固态金属固液共存所呈现出的特性即流变性和触变性4。 半固态成型技术利的特点和优势是： 首先，半
3、固态成型具有潜在工业应用价值。减少了凝固潜热，降低铸型的热蚀，提高模具寿命；减少了凝固收缩，减少了缩孔，降低偏析，细化晶粒，可进行后续热处理。 其次，半固态成型流动应力比固态金属低。变形抗力非常小，可成型复杂零件，提高零件成型速度，缩短加工周期，提高材料利用率，降低成本。 最后，半固态成型黏度比液态金属高且容易控制。充型平稳，减少气体卷入和氧化，改善材料加工性能；减少粘模倾向，可进行更高速的零件成型，改善零件表面光洁度，易实现自动化。 由此可见，半固态成型技术具有四个特征：一是被加工材料的状态是固液混合物，而不是纯液体或纯固体；二是加工温度范围在合金固相线温度和液相线温度之间；三是材料中的固相
4、是非枝晶形态，而不是常见的树枝晶；四是成形可以有外力（零件成形） ，也可以是重力（半固态连铸） 。因此，利用半固态的特性，显著提高了成型精度和效率，有着巨大的工业应用潜力。 2 半固态成型技术的发展现状 2.1 半固态成型技术的国内外发展现状 我国是 20 世纪 70 年代末开始对半固态进行研究并取得了一些成果。如北京有色金属研究总院利用电磁搅拌设备已能够连续生产直径为 80mm的铝合金半固态坯料，并与东风汽车公司合作，试验用半固态铝合金生产汽车零部件；重庆大学与重庆九方铸造公司合作，采用触变成型技术制成 JH70 型摩托车发电机支架；北京科技大学用电磁搅拌法成功制备出半固态 AlSi7Mg
5、合金，并用触变成型技术生产出汽车制动总泵泵体毛坯。北京有色金属研究院的半固态研究开发部，多年以来该部共承担国家“863” 、 “973”等大型项目 8 项，近年来，已建成国内第一条年产 300吨的铝合金半固态材料制备生产线，现可批量提供A356、ZL108、AS9U3、 A390、7075、AHS、2024、6061、5657 等多种合金牌号的半固态坯料，同时还可提供半固态坯料制备、流变制浆机、二次加热专用加热设备等铝合金、镁合金半固态加工成套设备和技术服务。目前，美国的半固态成型技术处于全球领先地位。阿卢马克斯公司已建成 2 座半固态铝合金成型汽车零件生产厂，其生产的半固态模锻铝合金汽车制动
6、总泵体机加工量只占铸件质量的 13%，且质量减少了 13%左右2。此外，Hot Metal Molding 公司、Lindberg 公司、EPCO Division、HPM Corporation 等公司均已应用半固态成型技术生产形状复杂的零部件。如汽车用刹车制动缸体和铝合金轮毂、空调设备部件、转向与传动系统零件、活塞、燃油系统零件等，并且这些零件已应用于Ford、Volvo、BMW 和 Audi 等欧美名牌汽车上5。近年来用半固态技术生产的航空航天器上使用的电子器件的连接部件等已应用于军事航空领域。这些半固态成型零件包括许多销和定位装置，它们的公差精度接近甚至优于机加工。欧洲各国中如意大利
7、Stampal SPA 公司利用半固态铝合金为 Alfa Romeo Spider Sports Car；英国的 P.Kapranos 等采用半固态变成型技术将 M2 工具钢制成高精度、高表面品质的齿轮；Thixnmat 公司 1994 年开始采用触变成型技术进行铝合金齿轮箱的生产，每件生产时间仅 28 秒，平均质量偏差 0.5%，孔的精度为 0.02，只需对其进行表面抛光处理即可。亚洲国家中日本的一些公司也开始从事半固态成型件的生产，如 SpeedStar Wheel 公司已成功利用半固态成型技术生产铝合金轮毂。 2.2 我国半固态成型技术发展展望 我国对半固态成型技术的研究虽然较晚，但是在
8、基础理论研究方面与国外并不存在明显的差距，我国从 20 世纪 80 年代开始，国家自然科学基金、863 计划、973 计划先后支持了不少高校和科研单位从事半固态成型技术的研究；哈尔滨工业大学、东南大学、北京有色金属研究总院等高校和科研单位也有诸多科研成果在国际权威学术期刊发表。然而，我国半固态技术的工业应用却鲜有实例报道。目前仅半固态研究开发部建成了年产 300 万吨的铝合金半固态材料制备生产线。究其原因，这与我国企业的发展模式有较大的关系。这些年来，支持半固态成型技术的科研经费主要来自于国家以及政府单位，鲜有企业愿意提供经费从事这方面的研究；同时，相关企业过于注重近期利益，不愿改进或采用新工
9、艺，不愿与科研单位合作开展专题研究等，都限制了我国半固态成型技术的工业应用与发展。总体而言，我国半固态成型技术的工业应用规模仍然较小，相对滞后。为了提高我国在国际市场上的竞争力，有必要推动半固态成型技术在我国的长足发展和应用。因此，认为应该采取以下措施： （1）继续加强半固态成型技术的基础理论研究。 （2）要进一步加大基础理论和技术创新的投入力度，争取走在基础理论的研究前沿。 （3）应开发具有自主知识产权的半固态浆料制备新技术，降低坯料的生产成本，提高生产效率。 （4）大力开发新型合金的半固态成型工艺，努力扩展半固态成型技术的应用范围。 （5）国家应该鼓励相关企业参与半固态成型技术的研究，鼓励
10、相关企业积极引进、吸收国外先进半固态成型技术。同时采取一定的优惠政策，鼓励企业进行技术改造，努力为广大科研单位创造试验平台，争取在最短的时间内将先进研究成果转化为生产力。 参考文献 1 M.C.Flemings.Metallurgical Transactions B，1991，22：269-292. 2 罗守靖，田文彤，谢水生，毛卫民. 半固态加工技术及应用J：中国有色金属学报 2000，10：765-773. 3 M.C.Flemings， J.Yurko，R.Martinez. Solidification Processes and MicrostructuresJ：A Symposium in Honor of Wilfried Kurz，2004：3-14. 4 毛卫民，半固态金属成形技术M机械工业出版社，2004. 5 林文金，半固态成型技术的发展与应用现状J：机电技术，2009，01：030-03.
