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发表于 2008-4-10 19:10:21
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来自： 中国福建厦门
铝合金液态模锻的发展现状(引用)
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摘 要: 铝合金液态模锻是一种具有省力、节能、节材、能一次成形为接近成品形状且制件质量高的技术。介绍了该技术的现状、优点及新进展。
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关键词: 铝合金 ； 液态模锻 ； 进展% D# Y" J! T/ a6 d
. {! B' j* N, _. i1 ~0 c9 U1引言 / G5 j$ q, m" D" S
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当今世界能源短缺，汽车、战车等正向着轻量化、高速、安全、节能、低成本及长寿命方向发展，采用轻合金是汽车和兵器轻量化的主要手段之一 [1]。 # y* b7 d2 j: P5 z' S4 r
! W7 X$ R* e; z0 r$ r( E7 p铝合金具有高比强度、耐蚀性、易成型、热稳定性与再生性好和简化结构等一系列优点能满足军工和民用的特殊要求[6]。如英国“蝎”式坦克，除装甲车体外，还有平衡肘连杆底座、刹车盘、负重轮、炮塔座圈、油箱、座椅等多种零部件采用了铝合金或镁合金，大大减轻了重量，极大的提高了装备的机动性能，从而可以改善坦克的行驶性能，提高安全性[1]。目前汽车上铝合金零件主要有活塞、汽缸体、汽缸盖、连杆、连杆盖、离合器壳、轮毂和油泵阀体等。因此用液态模锻成形铝合金具有很好的发展前景 [2].1
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2 铝合金成形技术－液态模锻
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液态模锻是介于液态成型和固态成型之间的一种比较新的工艺, 集中了它们这两种工艺的优点。自60年代至今，液态模锻工艺在我国取得了较大发展。尤其是钢质液态模锻工艺已较为成熟[7]。但由于设备及冶炼条件的限制,有色金属尤其是铝合金的液态模锻在最近十年才得到较快发展。 6 m+ ~$ l. z/ q0 B
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液态模锻工艺是对浇入模具内的液态金属施以较高的机械压力，使其凝固时消除铸造缺陷并产生一定塑性变形，从而获得高质量制件的一种方法。液态模锻是一种省力、节能、材料利用率高的先进工艺。制件的力学性能较高，可以接近或达到同种合金的锻件水平 [3-6]。铝合金液态模锻工艺的应用范围，从实际应用情况以及它的结晶特点来看，主要有如下特点: ) }' g) G8 f6 K+ a( O$ _( i! K
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(1)液态模锻工艺对材料的适用范围比较宽，它既适用于高性能的变形合金, 也适用于常用的铸造合金。
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(2)以陶瓷颗粒、晶须、纤维增强的金属基复合材料(MMC)综合了金属的韧性、成形性、导电导热性等及陶瓷的强度、刚度、硬度、耐热、耐磨、耐蚀等性能，在材料科学中异军突起，逐渐进入实用化阶段。液态模锻是复合材料成形的最佳方法之一。用液态模锻技术成形复合材料的研究也进行得非常活跃。
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& ]6 |1 t' i8 ?0 D9 h2 [2 w用高强Al-Zn-Mg-Cu合金LC4为基体，以Al203颗粒为增强剂，采用半固态搅拌法制备出颗粒均匀，与基体结合良好的10%Al203P/LC4复合材料，具有优异的抗拉强度和弹性模量，可以取代高锰钢来制造履带板，采用液态模锻工艺制造履带板板体，其质量明显优于一般铸造的方法，生产效率也较高[8]。铝合金复合材料很有前途。 * A3 d/ Q& s4 x0 b$ F
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(3)液态模锻技术不仅适用于轴对称的实心零件、杯形件、通孔件以及长轴类等厚壁零件，也适用于非轴对称、壁厚不均匀、形状复杂的零件。对于一些薄壁零件也可以用液态模锻获得很好的成形质量
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3 液态模锻成形技术主要优点 7 P: A% ?: x( D( f! Q: d" N* @
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3.1材料利用率高、成本低
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; K# l5 y5 t, W& O与模锻相比，由于没毛边及实心孔所损耗的金属材料，故材料利用率可达95%以上。若与压铸工艺相比，液态模锻工艺不需要设置浇口套、喷嘴、浇注系统等辅助消耗的金属材料(占制件的20%-30%)。用LY11液锻发动机主轴承盖克服了模锻锤上成形的缺点[9]，在用LD10铝合金液锻生产起动机连杆时，使得成形工序减少，加工余量减小，从而提高了材料利用率，降低生产成本，提高了经济效益[10]。
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8 f. p n# k3 d/ V. O; V b, e3.2力学性能高 [; g% D0 u/ x
7 O$ Z7 a7 v; R4 A) [2 t7 a+ `" w由于半凝固状态的铝合金在充足的压力下凝固结晶，组织致密、晶粒细小，故所得制件的力学性能好, 如果采用较大的压力(100-150 MPa),则在塑性变形阶段效果明显, 可以接近或达到模锻件的水平。见表1所示。 ; u0 B, \$ L: g
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表1 ZL1O3铝合金件的力学性能[7]/ |8 R) ?* e0 j
+ {! }; K3 X+ i+ e, p) [Table 1 Mechanical properties of parts
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in ZL103 aluminum alloy $ t* p: t x/ T5 n# [4 w; }
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Traditional forging
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3.3成品率高,质量好
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% z9 d$ z6 Y" \液态模锻时，加工温度比铸造时低得多，制件在模内收缩小，并又受三向压应力的影响，故不易形成气孔与显微疏松等缺陷。同时具有精铸件精密成型的高效率,高精度的特点[7]。
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" f, G: u. J- H8 y0 o0 X3.4设备投资少 ! R% s B7 U$ L# k- d/ W5 `% g. W
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模锻工艺需要采用热模锻压力机或摩擦压力机等投资较高的设备。压力铸造需要专门的压铸机，设备投资也较大。由于在液态模锻过程中,金属是在流动状态下成形,因此,所需的成形压力小,相应的设备吨位小;熔融的金属成形容易,所加工工件的表面精度高,可以达到少无切削加工的要求,并可制造传统工艺难成形的复杂制件[7]。设备投资少,有利于液态模锻工艺的推广和应用。
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4.1半固态金属成形技术
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半固态金属成形技术作为一种新兴复合材料加工技术引起了广泛的关注[11,12]，它的研究起源于本世纪70年代，距今不过二十余年。一般而言，金属在静止状态下结晶时，最先凝固的部分是树枝状长大，形成网状结构，残余液态金属分布于树枝结晶体之间，这种半固态金属的流动性差，对成形不利。70年代初，麻省理工学院的研究人员发现，在金属凝固时加以搅拌，可以将产生的树枝状初晶破碎并分散到未凝固的残余液体金属中去，凝固组织由通常的树枝状晶体变成球状的等轴晶体，成为变形抗力较低、具有良好流动性的金属糊状物，并可以很方便地施以各种后续成形加工。半固态成形技术有如下特点:显微组织细化，大大减轻了内部缺陷和偏析等；半固态金属变形抗力大大降低，并可以制造出近净成形制品；利用半固态糊状金属的高粘性，可以容易并且均匀的混入异种材料和比重差大的金属，从而制造新型复合材料和新成分合金。
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4.2液态挤压工艺
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液态挤压是在液态模锻研究的基础上，结合热挤压变形的特点而发展起来的一种液态金属成形工艺。其成形过程为:将液态金属直接浇入挤压桶内，借助挤压冲头对未凝固的或准凝固金属施以高压，使其在压力下发生流动、结晶、凝固过程，随后，挤压成形模口处的准凝固金属经受断面缩减的大塑性变形，一次成形出管、棒、型材类制品。利用液态挤压工艺也可以直接制备金属基复合材料管、棒、型材类制件，由此突破了现有复合材料成形方法均需二次变形，即先成形出复合材料坯体，再经挤、轧等工艺制成管、棒型材的限制，可以减少成形工序，降低成本，有望成为成形高性能复合材料管、棒、型材的一条新途径[13]。
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5 结束语 ) ~ ~; \- a# H7 h/ _
5 T. v4 c* y& ^" r! Y液态模锻技术的存在己经有半个多世纪，随着理论研究的不断深入和实践应用中的不断发展，液态模锻技术在理论探索方面将会逐步形成完善的体系，对铝基复合材料成形也将会起到越来越重要的作用。电子计算机数值模拟成形过程, 人工神经网络预测液态模锻工艺参数的研究[14]等先进手段的使用，新型专用设备、专用模具材料的开发，半固态成形、液态挤压等新技术和新工艺的发展都将给液态模锻技术注入新的活力。 |
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发表于 2008-4-10 18:48:49
