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半固态金属成形技术的研究及应用(下)

全球工业联盟2018-12-07 00:32:25

   

4.半固态金属的研究应用现状及在我国的发展动向

4.1其他国家
研究应用现状

    20
世纪80年代以来,半固态加工技术已经得到各国科技工作者的普遍承认,目前已经针对这种加工技术开展了许多工艺实验和理论研究,取得了很多的成果。

   
半固态发源于美国,因此在美国这一技术已经基本成熟,处于全球领先地位。Alumax公司率先将此技术转化成生产力,1978年,它使用MHD技术生产出供触变成形用的圆锭。1994年和1996年,Alumax 公司分别建成了两座半固态铝合金成形汽车零件的生产工厂;生产的半固态模锻铝合金汽车制动总泵体,由于毛坯尺寸接近零件尺寸,机加工量只占铸件质量的13%,同样的金属型铸件的加工量则占铸件质量的40%。另外,半固态成形的汽车制动泵体质量比金属型铸造的质量轻13%;到1997年,上述两厂的半固态铝合金成形的生产能力分别达到5000万件。该公司共拥有相关专利60多项;Thixoma 公司则使用半固态注射成形专利生产镁合金零件。ITT公司用半固态加工技术进行黄铜电接插件的生产。目前,Alumax 铝业公司的Mt Holly铝厂和Intalco铝厂已经生产出直径76.2mm152.4mmMHD锭。HMM公司为通用生产汽车零件(A356-T6),日产5000件,并计划将产量提高4倍。另外,EPCO Division,HPM Corporation,Italpresse of America,Prince MachineCorporation等公司已经能够生产半固态铝合金触变成形的专用设备,并通过对压铸过程进行动态监控,改善了压铸件,降低了废品率,节约了能源

   
在欧洲,从20世纪80年代以来,意大利、英国、瑞典、德国等国家在半固态应用方面做了大量的研究和应用工作。意大利是半固态加工技术应用最早的国家之一,Stampal-Saa公司使用此技术为Ford汽车公司生产齿轮箱盖和摇臂的国内零件。MM(Magneti Marelli)公司为汽车工业生产半固态铝合金成形的FuelinjectionRail 零件,在2000年日产达到7500件。Weber公司从1993年开始用半固态技术为Nuova Lanacia Delta公司生产油料注射挡。瑞士的Bubler公司已经生产出铝合金触变成形的专用SC型压铸机和铝合金半固态坯料的专用二次加热设备。同时,德国的EFU、法国的Pechiney S A、瑞士的Alusuisse-Lonza、意大利的Fiat等国际知名公司也已经采用了半固态加工技术

   
日本于80年代后期,由基础技术研究促进中心和钢铁、有色及重工业等17家公司组建了首家Rheotech公司[25]。随后,该公司对半固态加工技术进行了系统的研究,同时加强与欧美著名大学和公司之间的交流。在19883月至19946月期间共投资了30亿日元进行研究,其下一步将转向工业应用,开发半固态金属成形件,而汽车零件将是他们的首选目标之一。目前,日本的Speed Star Wheel 公司已经利用半固态金属成形技术生产铝合金轮毂(重约5kg

4.2
国内研究应用现状

   
半固态金属加工技术在我国起步较晚,始于20世纪70年代后期。先后有不少科研院所开展了这方面的研究,但他们主要都是利用机械搅拌法进行流变铸造和触变铸造研究。中科院金属所是最早进行半固态加工技术研究的单位之一,较早的进行了铝合金半固态铸造等的研究,自行研制了半固态浆料的制备设备等。20世纪80年代后期,大多数学者开始从事半固态复合材料和应用于汽车工业小零件的研究。东北大学采用液相线铸造法以变形铝合金26187075为例,对半固态成形性、热处理制度及成品机械性能做了系统的研究,并正在推广工业应用。近年来,在国家重大基金项目的支持下,科研工作者对半固态加工的关键技术做了突破性的研究。北京有色金属研究总院在国家“863”的支持下,对铝合金的半固态加工技术进行了研究,自行设计了一条半固态材料制备试验线,设计能力100t/a,于199810月实现了铝合金半固态连续流变铸造。北京科技大学和中科院金属所在国家自然科学基金的支持下,对钢铁材料半固态直接成形进行了基础性研究,在铸铁、弹簧钢、不锈钢和高碳钢等高熔点合金材料的半固态加工技术方面取得了长足的进展和阶段性的成果

   
目前,应用半固态加工技术制备金属基复合材料已经是一个新的研究热点。利用半固态金属的粘度大且可调的原理,可以克服大部分增强材料和金属液之间润湿性不好而难以复合的难点,依靠半固态金属阻止增强材料因比重差而上浮,得到增强材料在母液中均匀分布的金属基复合材料。武汉理工大学和哈尔滨工业大学分别进行了铝合金的Al2O3颗粒增强和短碳纤维增强的半固态加工研究。获得了比液态铸造复合材料性能更优异的增强铝基复合材料
 
   
作者所在课题组长期以来都在从事金属基复合材料的半固态复合研究。利用自行设计的半固态电磁机械复合搅拌设备,在半固态钢铝复合、钢-Al半固态浸镀轧制等领域取得了丰硕的研究成果。目前在国家自然科学基金和教育部重点基金的支助下,该课题组在张鹏教授的带领下正在进行铜石墨自润滑复合材料的半固态复合研究。该方法突破了铜石墨复合材料制备的传统的粉末冶金方法的局限,并能很好的解决石墨颗粒在铜液中的上浮现象,得到了石墨颗粒均匀分布的铜石墨自润滑复合材料,如图4所示。和传统粉末冶金方法相比,不仅制备工艺简单,节约了成本,而且性能也得到了提高。

4.3 半固态金属加工技术在我国的发展动向
    和国外相比,我国在半固态金属成形技术领域的研究还很落后。为了国民经济的发展,特别是我国汽车工业的发展,提高我国汽车工业的水平和在国际市场上的竞争能力,需要采用各种新工艺和新材料来装备我国的汽车工业,而推动半固态金属成形技术在汽车工业中的应用是目前的关键。就我国目前的研究现状来看,半固态金属成形技术的发展动向如下:

    (1)半固态金属触变成形技术已经基本成熟,而流变成形技术的发展较为缓慢,没有太多的突破性技术进展。因此,更多的研究人员会转向金属的半固态流变成形理论和应用方面的研究,以降低半固态产品成本,节约能源。同时也会注重已经成熟的触变成形技术在工业中的应用,推动我国汽车工业的发展。


   
(2)目前半固态金属成形技术主要应用于铝、镁、铅等低熔点金属的成形,而对高熔点黑色金属的应用较少,理论欠成熟。由于黑色金属在工农业中应用广泛,有着其他材料不可代替的重要作用。因此,在以后的发展中黑色金属半固态成形的理论研究和工业应用将是一个重点研究领域。

    (3)目前,国内外学者已经开发出了半固态成形过程数值模拟软件,但还存在很多不足,比如没有考虑合金的触变性能等,应用范围受到很大的限制。因此,加大计算机技术在半固态金属成形工艺中的应用,充分利用计算机技术,对流变成形和触变成形过程进行计算机模拟,促进半固态金属成形的理论研究将是另一热点。


                   

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