Полутвёрдые материалы
История развития технологии.
Существующие технологии холодной (пластическая обработка металла) и горячей (в основном, литье под давлением) обработки металла имеют существенные ограничения, не позволяющие производить такого класса детали со сложной конфигурацией. Холодная обработка металла позволяет получать высокопрочные изделия только с простым профилем. Горячая же обработка позволяет получать детали со сложной геометрией формы, но в изделии присутствует пористость, которая приводит к потере прочности. Такие детали не могут использоваться в ответственных герметичных системах, а также подвергаться термообработке. Все это привело к созданию новой технологии обработки сплавов , которая позволяет получать легковесные и высокопрочные изделия со сложной геометрией формы.
Обработка сплавов в полутвердом состоянии (ОСПТС)- интенсивно развивающаяся технология получения работоспособных легковесных изделий. Метод ОСПТС обеспечивает глобулярную микроструктуру, которая определяет повышенную жидкотекучесть, гарантирующую получение высококачественных изделий.
В истории развития технологии ОСПТС наблюдается несколько основных этапов. Первый эксперимент, зафиксировавший открытие полутвердых материалов, был выполнен в 1971 году профессором Мертом Флемингсом и его аспирантом Давидом Спенсером. Были установлены уникальные реологические свойства интенсивно перемешиваемого сплава в полутвердом состоянии., Твердая фаза получается в виде фрагментов разрушенных дендритов, когда сплав энергично перемешивается в течение кристаллизации.
Механическое перемешивание не позволяло получать мелкодисперсную структуру сплава, т.к. срезающего воздействия было явно не достаточно для эффективной фрагментации растущих дендритов. Реолитье с механическим перемешиванием имело низкую производительность и было энергетически не выгодно. Поэтому, способ механического перемешивания затвердевающего расплава не распространился дальше лабораторных масштабов.
В середине 70-х и в начале 80-х г. на литейных заводах был реализован патент Джонатана Данзинга по использованию магнитогидродинамического (МГД) перемешивания затвердевающего расплава . Позднее было получено большое количество патентов по различным вариантам МГД - литья. Однако основная идея фрагментации растущих дендритов первичной фазы благодаря интенсивному электромагнитному перемешиванию расплава существенным изменениям не подверглась.
Классификация методов обработки сплавов в полутвердом состоянии
Существует множество способов обработки сплавов в полутвердом состоянии для придания α- фазе глобулярной морфологии, что позволит получить требуемые реологические свойства жидко-твердой металлической смеси.
Мертон Флемингс в 1976 году впервые ввел понятия реолитья и тиксолитья.
Реолитье - основной процесс получения жидкотвердой смеси с недендритной структурой в полутвердом состоянии, а также процесс литья такой смеси непосредственно в форму. Вязкость жидко-твердой смеси после реолитья всецело зависит от интенсивности ее перемешивания (Рис.а).
Тиксолитье – процесс, основанный на концепции быстрого снижения вязкости тиксотропного материала в результате резкого кратковременного приложения срезающего воздействия, позволяющего легко формообразовать обрабатываемый сплав в полости оснастки (Рис.б).
Главным отличием процесса реолитья от тиксолитья является отсутствие стадии повторного нагрева.
На стадии реолитья не удается получить глобулярную морфологию альфа фазы. Потому что фрагменты разрушенных дендритов не успевают сфероидизироваться за отведенное время обработки в полу- твердом состоянии. По этой причине в промышленной технологии ОСПТС присутствует стадия повторного нагрева, в течение которой огрубленная фрагментированная структура полупродукта приобретает глобулярную морфологию. После повторного нагрева полупродукт приобретает тиксотропную структуру и становится тиксотропным материалом. Впоследствии процесс формовки тиксотропных материалов стали также проводить методами экструзии и ковки, поэтому три существующих процесса формовки (тиксолитье, тиксоэкструзия, тиксоковка) объединили одним понятием тиксоформовка. Процесс введения упрочняющих частиц или волокон в сплав в полутвердом состоянии, в процессе реолитья, был назван Комполитье.
Рисунок 76 а) реолитье и б) тиксолитье
Однако за последние тридцать лет появилось множество новых способов ОСПТС такие как, процессы термомеханической обработки сплавов, нового реолитья, тиксомолдинга, и многие другие. Поэтому для удобства классификации существующих технологий все процессы ОСПТС были объединены нами в две группы: двух и трехступенчатые процессы.
Рисунок 77 Классификация технологий ОСПТС |
