铜合金半固态流变成形及制备技术研究进展

金属半固态成形已有近50年的发展历史,因其加工优势和市场价值备受关注,并形成了很多加工方法,其中半固态流变成形工艺效率高、成本低,具有较好的发展前景。由于铜合金熔点普遍较高,目前针对其进行的半固态工艺研究较少。简要综述了针对铜合金的半固态流变成形及制备技术的研究新进展,包括各新工艺的加工过程、最优工艺参数选择及工艺过程的机理等,分析了各工艺目前尚存在的问题和原因。阐述了半固态流变制备工艺模型及机理的新进展,并对其发展趋势进行了分析和展望,认为半固态流变成形技术未来的研究方向有半固态浆料制备新方法、新型半固态合金和半固态组织演变机制及其控制方法等。     

铝合金流变铸造中的双层膜缺陷

目的揭示制约铝合金流变铸造产业化应用的关键因素。方法举证了双层膜是铝合金流变铸造中最具破坏性的缺陷。结果双层膜缺陷主要来源于半固态浆料制备,开发无双层膜缺陷半固态浆料的制备方法和技术是研究和发展流变铸造首要解决的关键问题。结论提出了在半固态浆料成形阶段通过优化产品结构、流变铸造工艺和模具进一步减少双层膜缺陷的基本思路。     

Al-Zn-Mg-Cu合金半固态成形的研究现状与应用

半固态成形技术为实现Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金"以铸代锻"的目标提供了有效途径。主要综述了Al-Zn-Mg-Cu合金半固态制浆与成形技术、半固态成形合金的成分调控、微观组织结构与性能等方面的研究现状与进展,同时结合笔者所在学术团队的研究经历,对半固态成形件的组织和性能进行了简要分析。详细综述了Al-Zn-Mg-Cu合金半固态制浆和成形方法,着重介绍了环缝式电磁搅拌技术、蛇形通道浇注法及复合式半固态成形技术。进而综述了Al-Zn-Mg-Cu半固态成形合金的成分及微观组织结构调控方面的研究进展,介绍了合金成分调控及热处理工艺优化对性能的积极影响,分析比较了Al-Zn-Mg-Cu合金半固态成形后的微观组织和力学性能的研究现状。最后,对该成形方向的研究和应用现状进行了总结,分析了其需要解决的主要问题,并对其发展方向进行了展望。     

非晶复合材料的半固态加工技术

非晶复合材料具有高强度力学性能的同时又表现为宏观脆性,而半固态工艺可以提高非晶复合材料的宏观塑性。主要综述了非晶复合材料的发展历程和分类,简要介绍了半固态成形工艺。重点介绍了半固态成形技术制备半固态非晶复合材料坯料或浆料的主要方法和具体工艺,同时追踪了利用半固态成形技术(锻造成形、铸造成形、轧制成形)制备的非晶复合材料产品的最新研究,进而介绍了半固态等温热处理对非晶复合材料微观组织的影响规律。最后对比了半固态流变成形和触变成形的优缺点,展望了流变成形技术在非晶复合材料领域的推进和应用。     

2024铝合金筒形件流变挤压铸造研究

目的以2024铝合金为例,研究变形铝合金流变挤压铸造成形件的组织和力学性能,探讨采用流变挤压铸造的方法成形高性能变形铝合金结构件的可行性。方法采用机械搅拌法制备了2024铝合金半固态浆料,采用不同机械搅拌温度和时间进行半固态浆料的制备,并对半固态浆料进行流变挤压铸造。研究了机械搅拌温度和搅拌时间对筒形件组织和力学性能的影响。结果成功制备出了2024铝合金筒形件。随着机械搅拌温度和搅拌时间的提高,筒形件的微观组织能得到细化,同时组织中固液相分布更加均匀,因此筒形件的力学性能也有所提高。结论对变形铝合金2024采用半固态流变挤压铸造进行成形的方法是可行的。半固态浆料最佳制备工艺参数为625℃时机械搅拌25 min,在此工艺参数下,流变挤压铸造2024筒形件的抗拉强度可达264 MPa。     

高强铝合金半固态成形技术研究进展

利用半固态成形技术制备高性能铝合金是现代材料成形技术的重要研究方向.介绍了几种高强铝合金的新型半固态成形技术,如倒锥形通道浇注法、流变挤压成形法、原位反应液相线铸造法等,分析了半固态成形高强铝合金的组织和性能,找出了其中存在的问题,为今后的研究开发指明了方向.     

金属材料半固态凝固及成形技术进展

简要介绍了金属材料半固态凝固及成形技术发展的历史和现状,重点介绍了近年开发的几种金属材料半固态凝固制备技术的代表性方法与特点、铝合金和镁合金等轻金属材料半固态凝固及流变成形的组织与性能、高熔点合金材料半固态凝固制备及成形技术的进展以及半固态凝固成形技术的应用现状,最后对金属材料半固态凝固及成形技术的进展状况及发展前景作了简单的总结和展望。     

钢铁材料及有色合金构件的多段半固态成形工艺研究

目的为了有效抑制半固态成形过程中的液相偏析,改善半固态成形构件微观组织和力学性能的均匀性。方法提出了包括多段流变成形和多段触变成形在内的多段半固态成形工艺。多段半固态成形工艺均由半固态坯/浆料制备、预成形、控温冷却和终成形4个阶段组成,分别在热模拟试验机和机械伺服压机上开展了SKD11工具钢和6061铝合金的半固态触变成形和半固态流变成形试验。结果在初成形阶段,具有较高液相分数的半固态坯/浆料以较高的应变速率初步充填型腔,限制了液相外流的时间和空间;在控温冷却阶段,半固态坯/浆料的液相分数因部分凝固而降低;在终成形阶段,具有较低液相分数的半固态坯/浆料以较低的应变速率完成型腔的充填,由于固相晶粒在此阶段发生塑性变形而提高了成形构件的力学性能。结论获得了组织均匀性较好的钢铁材料和有色合金构件,验证了多段半固态成形工艺的可行性。     

7075铝合金半固态浆料制备及流变压铸工艺研究

目的研究搅拌速度和搅拌时间对ACSR工艺制备的7075铝合金半固态浆料组织的影响,研究和比较传统压铸与流变压铸7075铝合金的组织与性能。方法通过改变搅拌速度和搅拌时间制备7075铝合金半固态浆料,取料水淬获得半固态坯料,将剩余浆料进行流变压铸,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、万能试验机等研究了试样的微观组织、拉伸性能与断口形貌,探究搅拌速度和搅拌时间对7075合金半固态浆料组织的影响,同时研究与比较传统压铸与流变压铸7075铝合金的组织性能。结果在一定范围内提高搅拌速度和搅拌时间有利于α1-Al的细化与球化,与传统压铸7075铝合金相比,流变压铸合金具有更优异的力学性能,T6热处理后,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为547 MPa、494 MPa和3.2%。结论 ACSR工艺可制备出组织细小圆整的7075铝合金半固态浆料,且流变压铸可改善7075铝合金力学性能。     

基于SIMA法的铝合金复杂构件触变锻造成形技术

采用半固态触变锻造技术成形铝合金构件,容易实现轻量化、低成本、短流程制造,因此在汽车、航空航天等领域应用广泛,但是对于高强铝合金复杂形状构件触变锻造存在半固态坯料制坯工序复杂、制件固液偏析严重和力学性能较弱等问题。基于SIMA制坯方法,提出了分级热处理、快速感应重熔和梯度等温处理等重熔工艺以及触变-塑变复合成形等新成形技术,优化了变形铝合金二次重熔半固态组织调控和触变锻造技术,获得了良好的半固态球晶组织并成形出合格的制件,最后提出了铝合金触变锻造成形中仍需解决的问题和发展方向。     

6000系汽车车用铝合金的研究应用进展

综述了6000系铝合金的性能特点以及国内外的研究应用现状,指出了6000系铝合金的发展方向和未来的研究重点,说明了该系铝合金在汽车上具有广泛的应用空间,为汽车用铝合金材料的研究者和汽车的设计者提供了新思路.     

The Intelligent Design of Age Hardenable Wrought Aluminum Alloys

This paper describes a new approach for the design of improved age‐hardenable wrought aluminum alloys. We use as an example our current research program directed towards developing an Al‐Cu‐Mg‐X aluminum alloy for moderate temperature applications. The process involves extensive empirical research, theoretical simulation and modeling, first principle atomistic calculations, calculated phase diagrams and quantitative analytical techniques. We believe that the approach will lead to streamlined alloy design and therefore aid in the early insertion of new high performance materials. We will not cover alloy development being conducted elsewhere.     

Pressure-driven mold filling model of aluminum alloy melt/semi-solid slurry based on rheological behavior

The pressure-driven mold filling ability of aluminum alloy melt/semi-solid slurry is of great significance in pressure casting processes, and the rheological behavior of the alloy has a crucial effect on the mold filling ability according to fluid dynamics. In this work, a pressure-driven mold filling model is first proposed based on the rheological behavior of the alloys. A356 alloy is employed as an example to clarify the rheological behavior of aluminum alloys, which obeys the power law model and is affected by temperature. The rheological behavior of the alloy in semi-solid state is modelled with the coupling of shear rate and temperature. The stop of mold filling attributes to the pressure loss which is caused by the viscosity during the flow of the melt/semi-solid slurry. Pressure loss caused by viscous flow and heat transfer between the alloy and the mold are calculated and coupled during the mold filling of the melt/semi-solid slurry. A pressure-driven mold filling model of aluminum alloy melt/semi-solid slurry is established based on steady-state rheological behavior. The model successfully predicts the filling length of melt/semi-solid slurry in pressure casting processes. Compared with the experimental results,the model can provide a quantitative approach to characterize the pressure-driven mold filling ability of aluminum alloy melt. The model is capable of describing the stop filling behavior of other aluminum alloys in pressure casting processes with corresponding rheological parameters and heat transfer coefficient.     

铝合金线性摩擦焊研究现状

线性摩擦焊作为一种新型的固相焊接技术,热输入低、焊接应力小,适合于铝合金的焊接。介绍了线性摩擦焊的工作原理,主要综述了铝合金线性摩擦焊数值模拟、微观组织和力学性能等3个方面的研究进展。在此基础上,着重介绍了摩擦压力、焊接时间及振动频率等工艺参数对铝合金线性摩擦焊微观组织和力学性能的影响,介绍了工艺参数对铝合金与不锈钢、纯铜、镁合金等异种金属线性摩擦焊微观组织、力学性能及金属间化合物种类和分布的影响。最后,对铝合金线性摩擦焊在数值模拟、接头性能及金属间化合物调控方面存在的不足进行了总结,并对其主要发展方向进行了展望。     

银基钎料在制造业中的研究进展

钎料的性能很大程度上决定了钎焊接头的质量和钎料的应用范畴.银基钎料作为一类非常重要的硬钎焊材料,其填缝能力优异,强度与黄铜、低碳钢接近,可钎焊除铝、镁合金等轻金属之外的所有金属材料.因此,银基钎料广泛应用于航空航天、超硬工具等制造领域,并且受到国内外钎焊界学者们的高度关注.然而,银基钎料的发展及应用过程中仍存在以下问题:第一,钎料中贵金属银含量偏高(一般高于45%),导致钎料使用成本高;第二,银基钎料挤压、轧制、拉拔等加工过程中不可避免地存在夹杂物,影响钎料的使用性能和连接质量;第三,有益金属或合金调控钎料及其连接性能的机制较为复杂,尚未完全研究清楚;第四,传统制备银基钎料的方法产能低下;第五,银基钎料在制造业领域的应用研究尚未见系统报道.国内外对于银基钎料钎焊性能及工程应用方面的研究主要集中于:(1)开发多种节银降银钎料,主要是有益元素调控银基钎料连接性能方面的研究;(2)改进钎料的传统加工方法,提出新的制造方法,如粉末电磁压制成形、钎焊过程中原位合成、快速凝固、镀覆扩散组合等;(3)研究杂质元素(C、Ca、S、Al、Fe、Bi、Pb、O、N 等)的影响;(4)银基钎料形态创新研究,如三明治复合钎料(中间为铜合金、两边为银钎料)、箔带钎料、镀锡银钎料等;(5)工程应用研究,银基钎料在航空航天、汽车制造、电力能源等工业领域起着不可替代的作用,但目前国内外仍缺乏系统阐述该方面研究的报道.因此,本文对近20年国内外有关银基钎料的研究报道进行了评述,重点讨论了合金元素对银基钎料性能的影响.首先对银基钎料研究现状进行详述,总结了Cu、Zn、Sn、Ga、In、Ni、Mn、Cd、Li、Ce、La、P、Si、Pr在银基钎料中的优缺点,归纳了杂质元素C、S、O、N、Ca、Al、Fe、Pb、Bi的恶化作用.其次对银基钎料在航空航天、汽车制造、电力能源、超硬工具、家用电器、眼镜行业等制造业中的应用研究进行详细介绍.最后提出银基钎料研究和应用中的不足,为银基钎料的深入系统研究及相关技术发展提供理论指导.