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    半固態(tài)連鑄技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望


     1. 半固態(tài)連鑄的基本概念與技術(shù)關(guān)鍵 
           半固態(tài)連鑄是半固態(tài)加工與現(xiàn)代連鑄技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它與普通連鑄的根本區(qū)別在于金屬熔體進入結(jié)晶器時的狀態(tài)不同。在普通連鑄中,金屬液以全液態(tài)進入結(jié)晶器。而在半固態(tài)連鑄過程中,金屬熔體以固液兩相共存的狀態(tài)進入結(jié)晶器,其中的固相為非枝晶粒狀組織。半固態(tài)連鑄的主要工藝流程為金屬冶煉→半固態(tài)漿料的制備→拉坯。其技術(shù)關(guān)鍵主要有兩個,一是連續(xù)冷卻攪拌條件下非枝晶粒狀固相的形成與控制,二是含有非枝晶粒狀固相的半固態(tài)漿料的充型。 
    2.半固態(tài)連鑄的產(chǎn)生、發(fā)展與現(xiàn)狀 
    2.1 概況 
          Flemings most早提出了半固態(tài)連鑄的技術(shù)思想[1],并首先對低熔點有色合金進行了試驗研究[2]。進入八十年代以后,美國Alumax 公司率先設(shè)計制造了一臺可以小批量生產(chǎn)的有色金屬半固態(tài)連鑄機[1]。隨后,美國ISC(INLAND STEEL COMPANY)開始了半固態(tài)圓坯連鑄機的商業(yè)化工作。在此基礎(chǔ)上,1995年美國ISC公司進一步開展了鋼鐵材料半固態(tài)連鑄的試驗研究[3],取得了可喜的結(jié)果。我國東南大學、清華大學、有色金屬總院等單位也分別開展了有色金屬半固態(tài)鑄造的研究。1996年本課題組與河北賀進建材機械廠等單位聯(lián)合立項,開展了黑色金屬半固態(tài)連鑄的研究,并取得了突破性進展[4],1998年初經(jīng)國家教育部組織鑒定,達到了國際先進水平,填補了我國黑色金屬半固態(tài)連鑄研究的空白。 
        綜觀國內(nèi)外半固態(tài)連鑄技術(shù)的研究可以發(fā)現(xiàn),目前所取得的主要進展是:(1) 確立了半固態(tài)連鑄的技術(shù)內(nèi)涵;(2) 從低熔點有色合金跨入了高熔點黑色金屬領(lǐng)域;(3) 對連續(xù)冷卻攪拌條件下非枝晶固相的形成與演變有了明確的認識;(4) 提出了半固態(tài)連鑄過程穩(wěn)定性判據(jù)及其工藝設(shè)計準則;(5) 對半固態(tài)連鑄坯的特點及質(zhì)量評價有了客觀的認識。 
    2.2 半固態(tài)連鑄機機型 
         現(xiàn)有的半固態(tài)連鑄機有兩類:水平連鑄機和垂直連鑄機。兩類機型的基本組成是一樣的,都包括制漿室,過渡段,結(jié)晶器,拉矯機構(gòu)及冷卻加熱系統(tǒng),二者的主要區(qū)別在于拉坯方向是水平的還是垂直的。 
         水平式半固態(tài)連鑄機漿料進入結(jié)晶器的壓力損失大,容易發(fā)生流道堵塞,難以生產(chǎn)高固相分數(shù)的半固態(tài)坯,而且這種連鑄機占地面積大。垂直式半固態(tài)連鑄機漿料充填結(jié)晶器容易,可以生產(chǎn)高固相分數(shù)的半固態(tài)坯。但是這種連鑄機需要地坑作業(yè),鑄坯長度受到限制。目前半固態(tài)連鑄機以垂直式連為主。
    適用于有色金屬的半固態(tài)連鑄機制漿室多用不銹鋼制造,而黑色金屬半固態(tài)連鑄機制漿室則無一例外地采用耐火材料制成。制漿室攪拌方式以非接觸式電磁攪拌為主,在有色金屬半固態(tài)連鑄中也有沿用早期機械攪拌的。為了減緩制漿室內(nèi)金屬熔體的冷卻速度,多數(shù)都在制漿室外加設(shè)一個加熱裝置。此外,為了保證半固態(tài)漿料能夠順利進入結(jié)晶器,國外半態(tài)連鑄機在制漿室與結(jié)晶器之間加設(shè)了一個用耐火材料制作并具有加熱功能的過渡段,使半固態(tài)熔體通過時溫度有所回升。拉坯機構(gòu)基本上是對現(xiàn)代連鑄技術(shù)的簡化,主要有液壓及機械式兩大類。液壓式拉坯機構(gòu)運行平穩(wěn),便于調(diào)節(jié),機械式拉坯機構(gòu)操作簡便,投資小。 
          本課題組研制成功的適用于黑色金屬的半固態(tài)連鑄機采用旋轉(zhuǎn)永磁體三維磁攪拌,并取消了制漿室的外熱源加熱及過渡段。這種半固態(tài)連鑄機的most大優(yōu)點是可靠性高,制漿室冷卻速度由制漿室材料、結(jié)構(gòu)及冷卻水系統(tǒng)來調(diào)節(jié),因而設(shè)備簡單,便于操作。利用這臺半固態(tài)連鑄機已成功實現(xiàn)了白口鐵、高錳鋼及普碳鋼的半固態(tài)連鑄,可以進行ф100mm以下的圓坯生產(chǎn)及近終形零件的直接成形。


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