北京有色金屬研究總院國家有色金屬復(fù)合材料工程技術(shù)研究中心的先進(jìn)控制凝固團隊，在國家973、863計劃和國際合作項目的持續(xù)支持下，掌握了半固態(tài)金屬凝固過程的基本原理，發(fā)明了螺旋環(huán)縫式電磁攪拌新技術(shù)，解決了鋁合金半固態(tài)成形的核心技術(shù)問題。
將鋁合金材料做成所需要的零件，都有一個從熔化到成形的過程，也都有一個從液態(tài)金屬到固態(tài)鋁合金的轉(zhuǎn)變過程。上世紀(jì)70年代，人們發(fā)現(xiàn)鋁合金材料從液態(tài)冷卻到固態(tài)過程中，先有部分固態(tài)從液體中凝固出來，存在著一種半液態(tài)、半固態(tài)共存的過渡狀態(tài)，這種液固共存的鋁合金被稱為半固態(tài)鋁合金。
半固態(tài)鋁合金鍛造
半固態(tài)鋁合金鍛造與半固態(tài)鋁合金觸變壓鑄實質(zhì)上并無明顯差別，其主要不同之處在於前者是用半固態(tài)鋁合金屬在鍛造設(shè)備上加工成形。鍛造半固態(tài)鋁合金可以在較低的壓力下進(jìn)行，這使得一些傳統(tǒng)鍛造無法成形的形狀復(fù)雜構(gòu)件可以在半固態(tài)金屬鍛造方法來生產(chǎn)，其鍛造設(shè)備可分為立式和臥式壓力機兩種。半固態(tài)鍛造是將加熱到半固態(tài)的坯料，在鍛模中進(jìn)行以壓縮變形為主的模鍛以獲得所需形狀、性能制品的加工方法。半固態(tài)鍛造可以成形變形力較大的高固相率的半固態(tài)材料，并達(dá)到一般鍛造難以達(dá)到的復(fù)雜形狀。而且，可以用於制造用普通鍛造難以成形的許多超合金，有可能用半固態(tài)鍛造技術(shù)制造出特殊材料的耐熱零件。鍛造速度每秒幾百mm到一千多mm，模壓從幾Mpa到十多Mpa，甚至更高。半固態(tài)鍛造零件的總量可從20g~13.6kg，鍛造速率可達(dá)120~360件/分，并能實現(xiàn)自動化。目前，已經(jīng)利用半固態(tài)鍛造技術(shù)進(jìn)行了聯(lián)軸節(jié)、齒輪等機械零件制造的研究。
半固態(tài)鋁合金擠壓成形
半固態(tài)擠壓成形即將坯料加熱到半固態(tài)，然後放入擠壓模腔，用凸模施加壓力，通過凹?？跀D出所需制品。半固態(tài)坯料在擠壓模腔內(nèi)處於密閉狀態(tài)，流動變形的自由度低，內(nèi)部的固相、液相成分不易單獨流動，除擠壓開始時若干液相成分有先行流出的傾向外，在進(jìn)入正常擠壓狀態(tài)後，兩者一起從?？跀D出，在長度方向上得到穩(wěn)定、均一的制品。
其他半固態(tài)鋁合金成形
除了上述半固態(tài)鋁合金成形方法外，還有一些正處於開發(fā)狀態(tài)下的半固體金屬成形法：如半固態(tài)壓射成形以及半固態(tài)鑄造和鍛造復(fù)合法等。
半固態(tài)成形件的力學(xué)性能
半固態(tài)坯料具有一定的固液比，和液態(tài)壓鑄相比，具有一定的粘度，所以成形時可以避免噴濺、紊流以及卷氣等缺點；與固體鍛造相比，變形力小，可以節(jié)省能源。所以半固態(tài)金屬成形與傳統(tǒng)的固態(tài)鍛造（軋制）以及液態(tài)壓鑄相比，綜合了這兩種成形方法的優(yōu)點：既可以提高力學(xué)性能，也可以成形復(fù)雜的零部件。
半固態(tài)成形件原始態(tài)的力學(xué)性能
由於影響半固態(tài)成形件性能的因素很多，因此各種資料中所報道的有所差異，但總體來講，其性能要比一般的成形方法好。
圖為：半固態(tài)化鋁合金加工工藝流程
北京有色金屬研究總院首席專家、教授級高級工程師徐駿介紹，半固態(tài)金屬成形技術(shù)從理論上講，可以在鋁、鎂、銅、鋼及金屬基復(fù)合材料等大多數(shù)金屬中獲得應(yīng)用，但是由于各種金屬合金的性質(zhì)不同，在制備半固態(tài)金屬漿料過程中會遇到不同的難題。盡管如此，該項技術(shù)作為一種綠色、近終成形的新技術(shù)正在不斷得到推廣應(yīng)用。
采用該方法，可制備出直徑大于300mm的高強鋁合金鑄棒；同時，該技術(shù)已落戶到湖南文昌科技有限公司，建成國內(nèi)第一家車用耐磨鋁合金零件半固態(tài)專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品已經(jīng)替代進(jìn)口，實現(xiàn)了科技成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化。
目前，該技術(shù)團隊正在利用這項技術(shù)原理，開發(fā)地鐵及動車用鋁基復(fù)合材料剎車制動盤，該產(chǎn)品目前僅有德國和日本可以生產(chǎn)。經(jīng)過攻關(guān)，現(xiàn)在該產(chǎn)品已經(jīng)通過中國鐵道科學(xué)研究院的考核試驗，預(yù)計不久，中國的地鐵和動車將會裝上國產(chǎn)的關(guān)鍵部件——制動盤。
將鋁合金材料做成所需要的零件，都有一個從熔化到成形的過程，也都有一個從液態(tài)金屬到固態(tài)鋁合金的轉(zhuǎn)變過程。上世紀(jì)70年代，人們發(fā)現(xiàn)鋁合金材料從液態(tài)冷卻到固態(tài)過程中，先有部分固態(tài)從液體中凝固出來，存在著一種半液態(tài)、半固態(tài)共存的過渡狀態(tài)，這種液固共存的鋁合金被稱為半固態(tài)鋁合金。
半固態(tài)鋁合金鍛造
半固態(tài)鋁合金鍛造與半固態(tài)鋁合金觸變壓鑄實質(zhì)上并無明顯差別，其主要不同之處在於前者是用半固態(tài)鋁合金屬在鍛造設(shè)備上加工成形。鍛造半固態(tài)鋁合金可以在較低的壓力下進(jìn)行，這使得一些傳統(tǒng)鍛造無法成形的形狀復(fù)雜構(gòu)件可以在半固態(tài)金屬鍛造方法來生產(chǎn)，其鍛造設(shè)備可分為立式和臥式壓力機兩種。半固態(tài)鍛造是將加熱到半固態(tài)的坯料，在鍛模中進(jìn)行以壓縮變形為主的模鍛以獲得所需形狀、性能制品的加工方法。半固態(tài)鍛造可以成形變形力較大的高固相率的半固態(tài)材料，并達(dá)到一般鍛造難以達(dá)到的復(fù)雜形狀。而且，可以用於制造用普通鍛造難以成形的許多超合金，有可能用半固態(tài)鍛造技術(shù)制造出特殊材料的耐熱零件。鍛造速度每秒幾百mm到一千多mm，模壓從幾Mpa到十多Mpa，甚至更高。半固態(tài)鍛造零件的總量可從20g~13.6kg，鍛造速率可達(dá)120~360件/分，并能實現(xiàn)自動化。目前，已經(jīng)利用半固態(tài)鍛造技術(shù)進(jìn)行了聯(lián)軸節(jié)、齒輪等機械零件制造的研究。
半固態(tài)鋁合金擠壓成形
半固態(tài)擠壓成形即將坯料加熱到半固態(tài)，然後放入擠壓模腔，用凸模施加壓力，通過凹?？跀D出所需制品。半固態(tài)坯料在擠壓模腔內(nèi)處於密閉狀態(tài)，流動變形的自由度低，內(nèi)部的固相、液相成分不易單獨流動，除擠壓開始時若干液相成分有先行流出的傾向外，在進(jìn)入正常擠壓狀態(tài)後，兩者一起從?？跀D出，在長度方向上得到穩(wěn)定、均一的制品。
其他半固態(tài)鋁合金成形
除了上述半固態(tài)鋁合金成形方法外，還有一些正處於開發(fā)狀態(tài)下的半固體金屬成形法：如半固態(tài)壓射成形以及半固態(tài)鑄造和鍛造復(fù)合法等。
半固態(tài)成形件的力學(xué)性能
半固態(tài)坯料具有一定的固液比，和液態(tài)壓鑄相比，具有一定的粘度，所以成形時可以避免噴濺、紊流以及卷氣等缺點；與固體鍛造相比，變形力小，可以節(jié)省能源。所以半固態(tài)金屬成形與傳統(tǒng)的固態(tài)鍛造（軋制）以及液態(tài)壓鑄相比，綜合了這兩種成形方法的優(yōu)點：既可以提高力學(xué)性能，也可以成形復(fù)雜的零部件。
半固態(tài)成形件原始態(tài)的力學(xué)性能
由於影響半固態(tài)成形件性能的因素很多，因此各種資料中所報道的有所差異，但總體來講，其性能要比一般的成形方法好。
圖為：半固態(tài)化鋁合金加工工藝流程
北京有色金屬研究總院首席專家、教授級高級工程師徐駿介紹，半固態(tài)金屬成形技術(shù)從理論上講，可以在鋁、鎂、銅、鋼及金屬基復(fù)合材料等大多數(shù)金屬中獲得應(yīng)用，但是由于各種金屬合金的性質(zhì)不同，在制備半固態(tài)金屬漿料過程中會遇到不同的難題。盡管如此，該項技術(shù)作為一種綠色、近終成形的新技術(shù)正在不斷得到推廣應(yīng)用。
采用該方法，可制備出直徑大于300mm的高強鋁合金鑄棒；同時，該技術(shù)已落戶到湖南文昌科技有限公司，建成國內(nèi)第一家車用耐磨鋁合金零件半固態(tài)專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品已經(jīng)替代進(jìn)口，實現(xiàn)了科技成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化。
目前，該技術(shù)團隊正在利用這項技術(shù)原理，開發(fā)地鐵及動車用鋁基復(fù)合材料剎車制動盤，該產(chǎn)品目前僅有德國和日本可以生產(chǎn)。經(jīng)過攻關(guān)，現(xiàn)在該產(chǎn)品已經(jīng)通過中國鐵道科學(xué)研究院的考核試驗，預(yù)計不久，中國的地鐵和動車將會裝上國產(chǎn)的關(guān)鍵部件——制動盤。
