一、引言

　　半固態金屬成形技術，就是金屬在凝固過程中，進行劇烈攪拌，或控制固-液態溫度區間，得到一種液態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%)。這種半固態金屬漿料具有流變特性，即半固態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品。采用這種既非完全液態，又非完全固態的金屬漿料加工成形的方法，就稱為半固態金屬成形技術。圖1所示是幾種獲得半固態金屬漿料的方法。

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

　　二、半固態成形的特點

　　與普通的加工方法相比，半固態成形具有許多優點：
　　1.應用范圍廣泛，凡具有固液兩相區的合金均可實現半固態成形。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，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，有利于提高生產率。
　　3.半固態合金已釋放了部分結晶潛熱，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，鑄件內部組織致密，內部氣孔、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.節約能源。按生產單位重量零件為例，半固態成形與普通鋁合金鑄造相比，節能35%左右。

　　三、半固態成形的主要工藝過程

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

圖2　半固態成形的工藝路線及示意圖

　　通常，半固態金屬成形技術包括流變鑄造、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、半固態成形后的力學性能

　　實踐證明，由于半固態金屬具有觸變性，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下的機械性能。從表中可以清晰地看出，半固態成形技術的優越性。譬如，經過觸變成形的A356合金在T6熱處理狀態下，比經過普通砂型鑄造所得的鋁合金具有更優良的機械性能，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過半固態加工后的力學性能，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