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1 概论 1

1.1 引言 1

1.2 金属半固态加工技术及发展历程 1

1.3 金属半固态加工的特点 4

1.4 金属半固态加工成形的主要工艺流程 4

1.4.1 流变成形 7

1.4.2 触变成形 7

1.4.3 注射成形 8

1.5 金属半固态加工的力学性能 9

1.5.1 铝合金半固态加工的力学性能 9

1.5.2 镁合金半固态加工的力学性能 13

1.5.3 高熔点合金半固态加工的力学性能 14

1.6 金属半固态加工技术的应用 16

1.6.1 在铝合金零件制备中的应用 16

1.6.2 在镁合金零件制备中的应用 16

1.6.3 在其他合金材料中的应用 19

1.6.4 在复合材料制备中的应用 19

1.6.5 在梯度材料中的应用 21

1.6.6 在金属连接中的应用 21

1.6.7 金属半固态加工方法的一些其他应用 23

1.7 金属半固态技术的经济分析 24

2 半固态合金浆料（坯料）制备 26

2.1 引言 26

2.2 半固态浆料（坯料）制备方法的分类及常用相图 26

2.2.1 半固态浆料（坯料）制备方法的分类 26

2.2.2 几种常用合金相图 28

2.3 搅拌法制备半固态浆料 30

2.3.1 机械搅拌法 30

2.3.2 剪切-冷却-轧制法 31

2.3.3 双螺旋搅拌法 33

2.3.4 电磁搅拌法 35

2.3.5 超声波处理法 45

2.3.6 冷却斜槽法 46

2.3.7 阻尼冷管法 47

2.3.8 蛇形管法 48

2.3.9 斜管法 49

2.3.10 剪切低温浇注法 49

2.3.11 锥桶式剪切流变成形法 50

2.4 非搅拌法制备半固态浆料 51

2.4.1 化学晶粒细化法 51

2.4.2 流变铸造法（新MIT法） 52

2.4.3 NRC工艺 53

2.4.4 不同液体混合法制备半固态浆料 54

2.4.5 连续流变转换法 55

2.4.6 浇注温度控制法 56

2.4.7 流变容器制浆法 58

2.4.8 自孕育半固态制浆法 58

2.4.9 旋转热焓平衡装置法 59

2.4.10 喷射沉积法 60

2.4.11 紊流效应法 61

2.5 固相法 61

2.5.1 应力诱发熔体激活法 61

2.5.2 新SIMA方法（ECAE工艺） 63

2.5.3 半固态等温热处理法 64

2.5.4 粉末法 65

2.6 连续制备非枝晶组织坯料的方法及生产线 65

2.6.1 机械搅拌立式连续铸造法 65

2.6.2 机械搅拌水平式连续铸造法 66

2.6.3 电磁搅拌水平式连续铸造法（EMS-DC） 67

2.6.4 电磁搅拌立式半连续铸造法 70

2.6.5 双螺旋搅拌立式半连续铸造 73

2.6.6 冷却斜槽水平连续铸造法 74

2.7 半固态浆料制备技术的发展趋势 74

3 流变学 76

3.1 金属流变学 76

3.1.1 简单流体的流变性能 77

3.1.2 复杂流体流变性能 79

3.1.3 金属的流变性能 80

3.2 表观黏度 83

3.2.1 表观黏度的概念及测量方法 83

3.2.2 表观黏度的计算 84

3.3 几种状态下的流变学规律 89

3.3.1 等温稳态流变行为 91

3.3.2 连续冷却流变行为（变温非稳态） 93

3.3.3 等温瞬态流变行为 94

3.4 影响流变性的因素 97

3.4.1 固相体积分数对表观黏度的影响 97

3.4.2 剪切速率对表观黏度的影响 98

3.4.3 冷却速率对表观黏度的影响 99

3.4.4 流变制度对表观黏度的影响 99

3.4.5 合金成分对表观黏度的影响 101

3.4.6 固相颗粒形貌对表观黏度的影响 101

3.5 各种因素与凝固组织的关系 102

3.5.1 固相分数 102

3.5.2 搅拌温度 102

3.5.3 搅拌强度 103

3.5.4 冷却速度 106

3.5.5 合金成分 107

4 非枝晶组织及其凝固过程 109

4.1 引言 109

4.2 常规铸造枝晶组织的微观结构和性能 109

4.3 非枝晶组织的微观描述 111

4.3.1 固相体积分数 111

4.3.2 粒子形貌 112

4.3.3 粒子分布 115

4.4 非枝晶组织的形成与演化规律 116

4.4.1 常规铸造组织及其形成机理 117

4.4.2 搅拌过程中微观组织的形成与演化 118

4.4.3 金属在半固态等温热处理过程中的组织演化 128

4.4.4 近液相线法组织的形成与演化 128

4.5 半固态组织颗粒簇 134

4.6 半固态合金的金相组织 135

4.6.1 搅拌方法生产的半固态合金金相组织 135

4.6.2 其他方法生产的半固态合金金相组织 137

5 流变成形 140

5.1 引言 140

5.2 流变成形工艺及装备 140

5.2.1 流变铸造 140

5.2.2 流变锻造 150

5.2.3 连续流变铸造 150

5.2.4 连续流变铸轧 150

5.2.5 流变挤压 155

5.3 流变成形的几个问题 157

5.3.1 流变成形的技术要求 157

5.3.2 浆料的定量输送装置 158

5.3.3 流变成形离型剂的要求 159

5.4 流变成形的发展趋势 160

6 触变成形 161

6.1 半固态金属的触变性 162

6.1.1 半固态金属触变性的概念 162

6.1.2 半固态金属触变性的物理解释 162

6.1.3 半固态触变成形合金 163

6.1.4 半固态金属触变性的测定及表示方法 163

6.2 二次加热 165

6.2.1 二次加热的目的 165

6.2.2 二次加热工艺的特点和种类 165

6.2.3 重熔程度的测量与控制 173

6.2.4 重熔加热时的组织演化举例 175

6.2.5 二次加热的装置 182

6.2.6 二次加热应注意的问题 184

6.3 触变成形工艺 185

6.3.1 触变成形的特点 185

6.3.2 影响触变成形的因素 185

6.3.3 几种触变成形工艺 186

6.4 触变成形设备 191

6.4.1 触变成形压力机 191

6.4.2 触变成形用润滑剂添加设备 192

6.4.3 机械手 193

6.4.4 触变成形用模具 193

6.4.5 触变成形零件脱模装置 194

6.5 触变成形生产的自动化 195

6.6 触变成形的零件 196

6.7 触变成形零件的力学性能 201

6.8 触变成形工艺特点及举例 203

6.8.1 半固态触变成形工艺的特点 203

6.8.2 半固态触变成形工艺举例 204

7 半固态注射成形 209

7.1 引言 209

7.2 注射成形工艺路线及特点 209

7.2.1 注射成形工艺过程 209

7.2.2 注射成形工艺特点 211

7.3 注射成形设备 212

7.3.1 立式注射成形设备 212

7.3.2 几种注射成形机组 213

7.4 注射成形零件及其性能 221

7.4.1 注射成形的零件 221

7.4.2 注射成形工艺对成形零件性能的影响 222

7.5 注射成形技术的发展趋势 223

8 半固态加工用合金的设计及热力学计算 225

8.1 引言 225

8.2 半固态加工用铝合金的研究进展 226

8.3 热力学设计半固态新合金的基本原理与方法 229

8.3.1 计算相图与热力学模型 229

8.3.2 Thermo-Calc软件 230

8.3.3 半固态新合金热力学计算依据 231

8.3.4 半固态新合金成分范围选择 233

8.4 半固态Al-Si-Mg新合金的热力学分析 234

8.4.1 合金成分对液相线温度的影响 234

8.4.2 合金成分对凝固温度区间的影响 235

8.4.3 合金成分对固相分数敏感性的影响 236

8.4.4 合金成分对初生相种类和数量的影响 238

8.4.5 合金元素对脱溶强化能力的影响 240

8.5 Al-Si-Mg系半固态合金成分的确定 242

8.6 小结 243

9 非枝晶组织坯料的塑性变形 244

9.1 半固态金属变形机制 244

9.1.1 半固态金属变形机理描述 244

9.1.2 半固态金属塑性加工力学的物理描述 245

9.1.3 非枝晶合金坯料在半固态温度下塑性变形试验研究 248

9.2 半固态金属塑性加工的力学模型 257

9.3 非枝晶组织金属的塑性变形试验研究 259

9.3.1 压痕试验 259

9.3.2 单向（平板）压缩试验 261

9.3.3 挤压试验 263

9.3.4 拉伸强度试验 265

9.3.5 影响塑性变形的主要因素 267

9.4 半固态金属塑性加工力学的发展趋势 270

10 数值模拟在金属半固态加工中的应用 272

10.1 引言 272

10.2 半固态合金的特性及数学描述 273

10.2.1 等温稳态流变模型的数学模型 273

10.2.2 连续冷却流变模型 277

10.2.3 瞬态流变模型 279

10.3 流变成形过程的数值模拟 282

10.3.1 流变成形数值模拟的理论基础 282

10.3.2 应用实例 287

10.4 触变成形过程的数值模拟 291

10.4.1 触变成形数值模拟的理论基础 291

10.4.2 触变成形过程分析 293

10.4.3 触变成形过程模拟实例 299

10.5 二次加热过程的数值模拟 303

10.5.1 二次加热过程模拟的主要公式 303

10.5.2 二次加热过程的模拟 306

10.6 数值模拟商用软件简介 307

参考文献 310