[发明专利]一种半固态合金成形性能检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种半固态合金成形性能检测装置及方法，检测装置包括设备底座(1)、压力传感器(2)、加热保温装置(3)、模具(4)、热电偶(5)、坯料(6)、反压头(7)、位移传感器1(8)、正压头(9)、位移传感器2(10)、支撑导柱(11)、上横梁(12)、步进电机(13)、载荷控制与数据采集系统(14)及模具温控系统(15)。采用本发明能够客观、准确的测试出半固态合金的成形性能，而且具有操作方便的特点。以便为半固态成形工艺设计和实施提供参数控制依据。

技术领域

本发明属于合金成形技术领域，具体的说就是提供一种半固态合金成形性能检测装置及方法，采用本发明能够客观、准确的测试出半固态合金的成形性能，以便为半固态成形技术提供设计依据。

背景技术

半固态成形是利用半固态合金的变形特性，一次成形获得制件的方法。半固态金属成形具有产品质量好、生产效率高的特点，被认为是21世纪最具发展前途的近净成形和新材料制备技术之一。高固相半固态合金具有时变的剪切稀化的触变变形行为，在剪切应力大于屈服应力时，即可发生变形。

高固相半固态合金变形过程中大致经历了三个阶段，首先是固相骨架破坏、崩塌阶段，表现为弹性变形力学特征；随后，是液相驱动作用下固液体系的混合流动阶段，认为是低应力、大应变的稳定变形阶段；最后，是固相驱动作用下的变形，具有高应力、低应变的瞬态失稳特点。由于固、液相流动特性的差异，在半固态合金变形后期，固、液相容易发生分离，导致成形件化学成份的宏观偏析甚至引起开裂、孔洞等其他组织缺陷。最终导致难以精准控制半固态成型工艺以及设计半固态成型模具。

为了定量的描述出半固态合金变形特性，人们采用压缩、剪切变形的实验方法考察半固态合金变形的应力-应变关系，进而依据液相驱动的半固态合金变形应变间接确定变形能力的大小。

《材料研究学报》期刊2004年第3期中《A2017合金半固态压缩的变形机制和成形性能》一文，利用Gleeble-1500热学-力学模拟机，对半固态合金进行单轴压缩实验，获得了铝合金在半固态状态的应力-应变曲线，依据低变形抗力阶段的稳定的流动变形阶段的应变量，认为该种半固态合金的最大半固态加工变形范围为60％。加之，采用差示扫描量热分析法（DSC）可以检测出合金固、液相线区间温度与固相率之间的函数关系。《金属科学与工艺》期刊1998年第7卷第1期《二元固溶体型合金凝固过程中固相分数的变化规律》总结了前人在合金固相分数计算方面的研究工作，指出了所用计算式的适用范围，并提出了具有更好适用性的合金固相分数-温度（f_s–T）函数。由此，可以明确半固态状态与温度的关系，进而确定合金半固态状态与变形量之间的关系。尽管单轴压缩变形具有广泛的使用和认同，但是，单轴压缩变形存在局部剪切、变形不均匀的不足，导致和成型过程的变形受力行为有较大差异。

此外，半固态合金是由非枝晶固相和充填期间的液相形成的固液混合物。半固态合金的变形力学与其组织结构特征有着密切联系，如固相分数的增加，固相骨架相互作用明显，晶间液相分布稀少，稳定变形能力受到抑制。而且，在变形过程中组织结构如液相分布存在动态演变，在对半固态合金变形模型的研究中，主要基于理想的微观结构特征，考察半固态合金的变形力学，如《ActaMaterialia》期刊2011年第59期中《Micromechanicalmodellingoftheelastic-viacoplasticresponseofmetallicalloysunderrapidcompressioninthesemi-solidstat》研究中，在一定程度上描述了半固态合金弹塑性变形力学特性，但是没有统一的模型定量描述半固态合金的变形性能。

因此，迫切需要开发半固态合金变形性能的检测装置和方法，以获得半固态合金变形能力，进而满足半固态合金成型的铸造工艺数值化设计和工艺优化的要求。本发明属于西北工业大学凝固技术国家重点实验室开放课题资助（资助号：SKLSP201910）项目。

发明内容