金屬材料短流程、近終形的生產(chǎn)工藝

金屬材料短流程、近終形的生產(chǎn)工藝多個過程(如凝固與成形)的綜合化，稱短流程化，如噴射成形技術(shù)、半固態(tài)加工技術(shù)和連續(xù)鑄軋技術(shù)等。打破傳統(tǒng)的材料成形與加工模式，縮短生產(chǎn)工藝流程，簡化工藝環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)近終形、短流程的連續(xù)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。近終型、短流程的成形加工技術(shù)具有高效、節(jié)能等特點(diǎn)，在技術(shù)上突出的特點(diǎn)是縮短加工周期，盡量減少變形量或者后續(xù)加工環(huán)節(jié)，由金屬熔體直接得到所需的制品或近似的制品，同時，這些制品還具有現(xiàn)有加工方法所生產(chǎn)制品的性能和組織，這可大大減少后續(xù)擠壓、軋制和壓鑄等耗能大、投資大、用工多的加工過程。例如，半固態(tài)成形、連續(xù)鑄軋和連續(xù)鑄擠等是將凝固與成形兩個過程合而為一，實(shí)行精確控制，形成以節(jié)能、降耗、高效和優(yōu)質(zhì)為主要特征的新技術(shù)和新工藝。1半固態(tài)成型金屬材料的半固態(tài)成型是在半液半固的兩相狀態(tài)下進(jìn)行的，所以與全液體成型或全固體成型相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，在凝固過程中有固液兩相，同時存在的合金系都可進(jìn)行半固態(tài)成型。半固態(tài)材料漿的粘度比熔融金屬的粘度高得多，因此成型時可形成層流，也能更均勻地填充模型。金屬漿的成型溫度較低，與常規(guī)鑄造工藝相比：可節(jié)約35%左右的能源；可以延長模型壽命；凝固時間較短；可縮短生產(chǎn)周期；由于有固體存在和溫度較低，零件在模內(nèi)的收縮較小。用金屬漿生產(chǎn)的零件內(nèi)的宏觀氣孔與顯微疏松比常規(guī)鑄件中的少得多。半固態(tài)材料填充模型時，材料前端呈層流充滿型腔，比熔融金屬的流動平穩(wěn)得多，不會卷入氣體。半固態(tài)成型零件的尺寸可與成品零件的相等或幾乎相等，極大地減少了機(jī)械加工量與切削量，既節(jié)約了材料，又可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件或難于加工的薄壁零件。半固態(tài)模鍛件與壓鑄件表面平整光滑，內(nèi)部組織致密，晶粒細(xì)小，力學(xué)性能高。2近終形軋制技術(shù)(1)熱連軋技術(shù)熱連軋技術(shù)是將均熱后的坯錠同時在幾個機(jī)架中產(chǎn)生塑形變形的連續(xù)軋制過程。與單機(jī)架軋制相比較，熱連軋技術(shù)具有工藝流程短，生產(chǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量高和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。熱連軋工藝雖然獲得了較為廣泛的應(yīng)用，但是該工藝將熔體的熔鑄和成形加工分為兩個獨(dú)立的環(huán)節(jié)，金屬熔體往往先制備成大的坯錠，然后再進(jìn)行均熱后進(jìn)行熱軋成形，能耗增加。而且需要鋸頭、銑面、預(yù)熱或均勻化，工藝流程較長，原始投資成本也較高。在熱連軋技術(shù)中，熱軋坯錠的質(zhì)量對產(chǎn)品的工藝性能以及最終質(zhì)量影響很大。而目前的軋制供坯中，鑄錠內(nèi)部的質(zhì)量仍然較差，成分、組織不均勻，仍然存在偏析、晶粒粗大、縮孔、裂紋和夾渣等鑄造缺陷，這些缺陷的存在對加工過程和產(chǎn)品的質(zhì)量影響極大，造成了大量廢品。造成鋁材成品率不高。因此，提高熱軋鑄坯的質(zhì)量是軋制控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，這客觀上對坯錠的熔鑄過程提出了更高的要求，如采用新型的熔處理技術(shù)、處理工藝和鑄造技術(shù)等。(2)雙輥式連續(xù)鑄軋工藝雙輥式連續(xù)鑄軋工藝是指液態(tài)金屬直接在兩旋轉(zhuǎn)輥間結(jié)晶，并承受一定的熱變形而獲得板帶坯料的生產(chǎn)方法。與熱連軋不同，該方法在鑄軋的同時直接完成鑄造和熱軋過程，將坯錠的制備和成形過程合而為一，不需要鑄錠鋸切、銑面、加熱等工序，縮短了工藝流程，幾何損失和工藝廢品少、成品率高，設(shè)備減少，占地面積少，投資成本低，且易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化和科學(xué)管理，因此在軋制生產(chǎn)中占有很重要的地位。鑄軋生產(chǎn)線具有建設(shè)周期短、投資少、能源低、材料利用率高、維護(hù)費(fèi)用低、技術(shù)門檻低、成品率高達(dá)97％、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。但是產(chǎn)品的合金品種和規(guī)格較為局限，鑄軋后產(chǎn)品為鑄造結(jié)構(gòu)，須經(jīng)冷軋才能達(dá)到l~2mm厚度。但是雙輥式連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的合金品種少，往往只適合于純鋁加工，應(yīng)用范圍受到很大限制。為了克服之一不足，國內(nèi)外也開展了一定的研究。如發(fā)展了半固態(tài)鑄軋技術(shù)，該技術(shù)將高效、節(jié)能、短流程的連續(xù)鑄軋技術(shù)與半同態(tài)加工技術(shù)相結(jié)合，得到半同態(tài)連續(xù)鑄軋成形技術(shù)，可以兼具這兩種先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，將是一種全方位高效、節(jié)能、短流程、近終形的加工方法，而且這種技術(shù)可生產(chǎn)的合金品種顯著擴(kuò)大，成分偏析小，是一種很有發(fā)展前途的新型軋制技術(shù)。(3)帶式連鑄連軋法連鑄連軋法是指金屬在一條作業(yè)線上連續(xù)通過熔化、鑄造、軋制、剪切、卷取等工序而獲得板帶坯料的生產(chǎn)方法。與熱連軋技術(shù)和雙輥式連續(xù)鑄軋工藝相比，帶式連鑄連軋法直接將金屬的熔化到成品加工于一起，其生產(chǎn)流程更短，在節(jié)能降耗、生產(chǎn)近終形板帶材方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。根據(jù)連鑄機(jī)的機(jī)構(gòu)類型，連鑄連軋法有多種類型，但是目前國內(nèi)外應(yīng)用最多的是雙帶式連鑄連軋法，如哈茲利特法和亨特一道格拉斯法和3C3近終型壓鑄技術(shù)傳統(tǒng)壓鑄鋁合金件不宜進(jìn)行熱處理，這制約了壓鑄鋁合金力學(xué)性能的提高。壓鑄新工藝(真空壓鑄、充氧壓鑄、擠壓鑄造、半同態(tài)壓鑄和超低速壓鑄等)的開發(fā)應(yīng)用，改善了壓鑄過程的成形條件，顯著提高壓鑄件內(nèi)在質(zhì)量，大大提高了壓鑄件力學(xué)性能、物理性能和耐蝕性能，尤其是氣密性、可熱處理性和可焊性。目前，制備高性能零件的壓鑄新藝受到越來越廣泛的重視，尤其是流變壓鑄其基礎(chǔ)性研究和應(yīng)用工作也不斷深入。另外，將不同壓鑄技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，也成為現(xiàn)在壓鑄技術(shù)研究的重點(diǎn)。(4)FTSR技術(shù)FTSR主要技術(shù)特點(diǎn)是：H2結(jié)晶器、液芯壓下和動態(tài)軟壓下扇形段的使用。FTSR鑄機(jī)為立彎式，它可以在7.5m／min的鑄速下，在結(jié)晶器出口處得到50～90mm厚的鑄坯，經(jīng)液芯壓下后，板坯厚度為35～70mm(Sabolarie)。FTSR技術(shù)保持了CPQSP工藝技術(shù)QSP技術(shù)是日本住友金屬開發(fā)出的生產(chǎn)中厚板坯的技術(shù)，開發(fā)的目的在于提高鑄機(jī)生產(chǎn)能力的同時生產(chǎn)高質(zhì)量的冷軋薄板。其工藝生產(chǎn)流程一般為：電爐或轉(zhuǎn)爐煉鋼→鋼包精煉爐→薄板坯連鑄機(jī)→剪切機(jī)→輥底式隧道加熱爐→立棍軋邊機(jī)→粗軋機(jī)→高壓水除鱗機(jī)→精軋機(jī)→卷取機(jī)。TSP傾翻帶鋼新技術(shù)，簡稱TSP，其工藝流程一般為：電弧爐（AC或DC）或轉(zhuǎn)爐煉鋼→鋼包精煉→薄板坯連鑄機(jī)→步進(jìn)式加熱爐→高壓水除鱗機(jī)→立輥軋邊機(jī)→單機(jī)斯特克爾軋機(jī)→層流冷卻→卷取機(jī)。CPR即鑄壓軋工藝，用于生產(chǎn)厚度小于25mm的合金鋼和普通鋼熱軋帶材。它利用澆注后的大壓下（60%的極限壓下量），僅使用一組軋機(jī)，最終課生產(chǎn)