铝合金半固态成形技术应用及发展.pdf

铝合金半固态成形技术的应用及发展

摘要：半固态成形技术是一种近终成形（near-net-shape）的

成形工艺。本文阐述了铝合金半固态成形技术的应用概况及主要工

艺方法，各种半固态成形工艺的应用及其优缺点，以及铝合金半固

态成形技术的发展趋势。

关键词：铝合金；半固态；成形；

0前言

半固态加工技术主要应用于汽车零件制造方面，另外，在军事、

航空、电子以及消费品等方面也进行了产品开发。多数情况为铝、

镁合金的半固态压铸、模锻以及注射成形。所谓半固态金属加工技

术即在金属凝固过程中，进行剧烈搅拌，将凝固过程中形成的枝晶

打碎或完全抑制枝晶的生长，然后直接进行流变铸造或制备半固态

坯锭后，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度，然后进行

成形加工。金属半固态成形技术（semi-solidmetalforming，简

称ssm）是在20世纪七十年代由美国麻省理工学院学者

m.c.flemings等人首次提出，该技术具有高效、优质、节能和近终

成形等优点[1~3]，可以满足现代汽车制造业对有色合金铸件高致

密度、高强度、高可靠性、高生产率和低成本等要求，因此倍受汽

车制造厂商以及零部件配套生产厂商的重视。

1.半固态成形工艺

半固态金属加工技术主要有两种工艺：一种是将经搅拌获得的

半固态金属浆料在保持其半固态温度的条件下直接进行半固态加

工，即流变成形（rheoforming）；另一种是将半固态浆料冷却凝固

成坯料后，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度，然后进

行成形加工，即触变成形（thixoforming），后者在目前的生产条

件下占主导地位。通常铝合金的半固态加工技术主要有三道工序：

半固态坯料的制备、二次重熔和触变成形。触变成形作为半固态加

工技术的最后一道工序，是影响半固态成形件组织和性能的关键工

序，直接影响着半固态成形件的组织和性能。半固态金属加工技术

可分为半固态金属铸造法和锻造法。1.1半固态铸造工艺

半固态压铸工艺是目前半固态金属铸造成形的主要成形工艺。

半固态铝合金压铸是将半固态坯料二次加热至坯料组织恢复到

40％~60％球状初生固相颗粒和共晶液相共存的固液混合态，随即

用夹持工具夹持到压铸机压射室中压铸成形。

半固态压铸工艺与普通液态铸造相比具有许多明显的优点：①

铸件的凝固收缩减小，铸件尺寸精度高、外观质量好，减少了机械

加工量，甚至可以得到无机械加工余量铸件；②提高铸件力学性能。

③消除了常规铸件中的块状晶和粗大树枝晶，铸件组织细小、致密，

分布均匀，不存在宏观偏析；④金属充型平稳、无湍流、无飞溅，

而且充型温度低，延长模具寿命；⑤简化铸造工序，降低能耗，改

善劳动条件，由于凝固速度快，生产率也得到提高。

1.2半固态锻造工艺

在国内生产汽车铝轮毂工艺基本上为低压铸造方式，但对于大

尺寸轮毂，必须以非铸造方式生产的轮毂。目前，锻造铝轮毂以载

货车和大型客车铝轮毂生产为主。半固态锻造工艺，是指坯料在半

固态下也就是在含有30％～50％液体状态下在专用锻压机上一次

快速成形。此法的关键是必须制取细小的均匀的球形晶粒坯料，然

后按所需质量锯切成锻造坯料，在自动控制加热温度的炉内加热到

半固态，由压力机一次压制成型。

锻造半固态金属可以在较低的压力下进行，这使得一些传统锻

造无法成形的形状复杂构件可以在半固态金属锻造方法来生产，半

固态锻造可以成形变形力较大的高固相率的半固态材料，并达到一

般锻造难以达到的复杂形状。而且，可以用于制造用普通锻造难以

成形的许多超合金，有可能用半固态锻造技术制造出特殊材料的耐

热零件。半固态锻造是在由计算机控制的自动化生产线上进行，具

有生产率高、再现性强、尺寸精密、切削加工量少等优点，此工艺

方法应该是我国汽车铝轮毂生产的新途径。2半固态成形技术应用

现状

自金属半固态成形加工技术概念出现30多年的时间以来，得到

国际上广泛关注，并已成为当今最活跃的研究领域之一，在一些工

业发达国家已开始应用于汽车制造业，进入商业化生产，并展示出

更为广阔的应用前景。从1988年开始，美国的aemp公司（alumax

engineeredmetalprocess），为bendix牌小轿车生产了250万件

铝合金主制动缸，为ford汽车公司生产了250万件铝合金压缩机

活塞，其成品率几乎为100%[4~5]。到上世纪90年代，世界上很多

大的汽车制造商都开始大规模采用半固态技术生产的汽车零部件。

半固态成形技术的主要市场是汽车工业，成形工艺以铝合金的触变

成形为主。目前，用半固态成形技术生产的汽车零件包括刹车制动

筒、转向系统零件、摇臂、发