一、引言

　　半固態(tài)金屬成形技術(shù)，就是金屬在凝固過程中，進行劇烈攪拌，或控制固-液態(tài)溫度區(qū)間，得到一種液態(tài)金屬母液中均勻的懸浮著一定固相組分的固液混合漿料(固相組分甚至可高達60%)。這種半固態(tài)金屬漿料具有流變特性，即半固態(tài)金屬漿料具有很好的流動性，易于通過普通加工方法制成產(chǎn)品。采用這種既非完全液態(tài)，又非完全固態(tài)的金屬漿料加工成形的方法，就稱為半固態(tài)金屬成形技術(shù)。圖1所示是幾種獲得半固態(tài)金屬漿料的方法。

a)機械攪拌機　b)機械攪拌連續(xù)制備　c)電磁攪拌連續(xù)制備
圖 1　幾種獲得半固態(tài)金屬漿料的示意圖

　　二、半固態(tài)成形的特點

　　與普通的加工方法相比，半固態(tài)成形具有許多優(yōu)點：
　　1.應用范圍廣泛，凡具有固液兩相區(qū)的合金均可實現(xiàn)半固態(tài)成形。可適用于多種成形工藝，如鑄造、擠壓、鍛壓和焊接。
　　2.SSM充形平穩(wěn)，無湍流和噴濺，加工溫度低，凝固收縮小，因而鑄件尺寸精度高。SSM成形件尺寸與成品零件幾乎相同，極大地減少了機械加工量，可以做到少或無切屑加工。SSM凝固時間短，有利于提高生產(chǎn)率。
　　3.半固態(tài)合金已釋放了部分結(jié)晶潛熱，因而減輕了對成形裝置，尤其是模具的熱沖擊，使其使用壽命大幅度提高。
　　4.SSM成形件表面平整光滑，鑄件內(nèi)部組織致密，內(nèi)部氣孔、偏析等缺陷少，晶粒細小，力學性能高，可接近或達到變形材料的性能。
　　5.應用半固態(tài)成形工藝可改善制備復合材料中非金屬材料的漂浮、偏析以及與金屬基體不潤濕的技術(shù)難題，這為復合材料的制備和成形提供了有利條件。
　　6.與固態(tài)金屬模鍛相比，SSM的流動應力顯著降低，SSM模鍛成形速度更高，可以成形十分復雜的零件。
　　7.節(jié)約能源。按生產(chǎn)單位重量零件為例，半固態(tài)成形與普通鋁合金鑄造相比，節(jié)能35%左右。

　　三、半固態(tài)成形的主要工藝過程

　　半固態(tài)成形的工藝路線有兩條：一條是將經(jīng)攪拌獲得的半固態(tài)金屬漿料在保持其半固態(tài)溫度的條件下直接進行半固態(tài)成形，通常被稱為流變鑄造(Rheocasting)，見圖2。另一條是將半固態(tài)漿料冷卻凝固成坯料后，根據(jù)產(chǎn)品尺寸下料，再重新加熱到半固態(tài)溫度進行成形加工，通過被稱為觸變成形(Thixoforming),見圖2。在實際工業(yè)生產(chǎn)中，主要采用后一種工藝。

圖2　半固態(tài)成形的工藝路線及示意圖

　　通常，半固態(tài)金屬成形技術(shù)包括流變鑄造、局部重熔(二次加熱)和觸變成形。所謂流變性，就是在攪拌過程中當固態(tài)組分不斷增加(甚至達到60%)，雖然使金屬漿料的粘性提高，但仍然保持良好的流動性。

　　四、半固態(tài)成形后的力學性能

　　實踐證明，由于半固態(tài)金屬具有觸變性，鑄坯在成形中具有明顯的超塑效應和充填性能，而且變形抗力也小，可在較高速度下變形。從變形機理分析，其變形過程是一個從塑性變形到超塑性變形的過程。表1所示為鋁合金在不同的加工方法與熱處理狀態(tài)下的機械性能。從表中可以清晰地看出，半固態(tài)成形技術(shù)的優(yōu)越性。譬如，經(jīng)過觸變成形的A356合金在T6熱處理狀態(tài)下，比經(jīng)過普通砂型鑄造所得的鋁合金具有更優(yōu)良的機械性能，并且可與鍛件的性能相近。不少學者還研究了一些高熔點合金材料經(jīng)過半固態(tài)加工后的力學性能，如表2所示。

表1　不同加工方法所獲得鋁合金的機械性能比較