液態(tài)模鍛，又稱擠壓鑄造、連鑄連鍛，是一種既具有鑄造特點(diǎn)，又類似模鍛的新興金屬成形工藝。它是將一定量的被鑄金屬液直接澆注入涂有潤滑劑的型腔中，并持續(xù)施加機(jī)械靜壓力，利用金屬鑄造凝固成形時(shí)易流動(dòng)和鍛造技術(shù)使已凝固的硬殼產(chǎn)生塑性變形，使金屬在壓力下結(jié)晶凝固并強(qiáng)制消除因凝固收縮形成的縮孔縮松，以獲得無鑄造缺陷的液態(tài)模鍛制件。人們通常把這種方法稱之為液態(tài)模鍛。
液態(tài)模鍛（擠壓鑄造）可分為兩大類：直接擠壓鑄造（direct squeeze casting）和間接擠壓鑄造（indirect squeeze casting）。直接擠壓工藝類似于金屬模鍛，壓力直接施加于液態(tài)金屬的整個(gè)面上；間接擠壓工藝與壓鑄接近，壓力通過澆道間接作用于液態(tài)金屬上。間接擠壓鑄件內(nèi)部質(zhì)量低于直接擠壓件而高于壓鑄件。 [1]
簡介
編輯液態(tài)模鍛，又稱擠壓鑄造、連鑄連鍛，是一種既具有鑄造特點(diǎn)，又類似模鍛的新興金屬成形工藝。它是將一定量的被鑄金屬液直接澆注入涂有潤滑劑的型腔中，并持續(xù)施加機(jī)械靜壓力，利用金屬鑄造凝固成形時(shí)易流動(dòng)和鍛造技術(shù)使已凝固的硬殼產(chǎn)生塑性變形，使金屬在壓力下結(jié)晶凝固并強(qiáng)制消除因凝固收縮形成的縮孔縮松，以獲得無鑄造缺陷的液態(tài)模鍛制件。人們通常把這種方法稱之為液態(tài)模鍛。
液態(tài)模鍛（擠壓鑄造）可分為兩大類：直接擠壓鑄造（direct squeeze casting）和間接擠壓鑄造（indirect squeeze casting）。直接擠壓工藝類似于金屬模鍛，壓力直接施加于液態(tài)金屬的整個(gè)面上；間接擠壓工藝與壓鑄接近，壓力通過澆道間接作用于液態(tài)金屬上。間接擠壓鑄件內(nèi)部質(zhì)量低于直接擠壓件而高于壓鑄件。 [1]
特點(diǎn)
編輯液態(tài)模鍛是鑄鍛相結(jié)合的一種新興工藝，它既具有鑄造工藝簡單、生產(chǎn)成本低、可制件形狀復(fù)雜的優(yōu)點(diǎn)，又具有模鍛產(chǎn)品晶粒細(xì)密、組織均勻、力學(xué)性能好、成型精度高的特點(diǎn)。主要有以下幾點(diǎn)：
（1）在成形過程中，尚未凝固的金屬液自始至終在等靜壓的作用下結(jié)晶凝固、流動(dòng)成形；已凝固的金屬層在壓力下發(fā)生塑性變形，具有熱變形組織，晶粒細(xì)小，組織均勻，同時(shí)壓力使制件外側(cè)緊貼模具內(nèi)壁，使工件形狀尺寸準(zhǔn)確。
（2）由于先結(jié)晶凝固層產(chǎn)生塑性變形，要消耗一部分能量，因此金屬液經(jīng)受的等靜壓不是定值，而是隨著凝固層的增厚而下降。
（3）固液區(qū)在壓力作用下，發(fā)生強(qiáng)制性的補(bǔ)縮，從而能消除制件內(nèi)部縮孔疏松等缺陷，提高了制件力學(xué)性能。
（4）與普通熱模鍛相比，金屬液的流動(dòng)性遠(yuǎn)大于固體金屬，充填模具型腔的性能較好，能夠用一副模具一次成形形狀比較復(fù)雜的制件。
（5）密度、力學(xué)性能基本等同模鍛件。
技術(shù)參數(shù)
編輯在液態(tài)模鍛的成形過程中，涉及的工藝參數(shù)主要有：液鍛比壓、加壓開始時(shí)間、保壓時(shí)間、模具預(yù)熱溫度、金屬液澆注溫度、模具潤滑等。研究工作者結(jié)合產(chǎn)品對(duì)液態(tài)模鍛的工藝參數(shù)作了大量有益探索現(xiàn)將幾個(gè)主要工藝參數(shù)總結(jié)如下：
液鍛比壓
單位面積上的壓力。壓力的作用是使金屬液在等靜壓的作用下凝固，并消除制件氣孔、縮孔疏松等缺陷，從而使制件獲得較好的內(nèi)部組織和較高的力學(xué)性能。比壓過低時(shí)，未凝固的金屬液在先凝固的封閉殼層內(nèi)自由凝固，又液態(tài)金屬比固態(tài)金屬收縮值大，使最后凝固部分得不到補(bǔ)縮而產(chǎn)生縮孔疏松，使產(chǎn)品致密性下降；比壓過高，雖對(duì)提高產(chǎn)品性能有一定的作用，但同時(shí)會(huì)降低模具壽命，增加設(shè)備動(dòng)力消耗及費(fèi)用。
開始加壓時(shí)間
開始加壓時(shí)間即施壓前金屬液在模具內(nèi)的停留時(shí)間。開始加壓時(shí)間應(yīng)以金屬液的溫度不低于固相線溫度為準(zhǔn)，因而金屬處于熔融狀態(tài)時(shí)加壓效果最好。開始加壓時(shí)間若過晚，金屬自由凝固外殼厚度增大，增加了變形抗力，減小了加壓效果，影響制件質(zhì)量。實(shí)際上由于現(xiàn)行的液壓機(jī)合型行程較長、速度較慢，模具與合金液溫差較大等原因，加壓只可能過遲，而不會(huì)過早。因此應(yīng)當(dāng)在金屬液澆入金屬型型腔后立即加壓。
金屬液澆注溫度
合金的澆注溫度對(duì)零件的成形質(zhì)量有很大的影響，澆注溫度過高，容易產(chǎn)生縮孔，模具受熱浸蝕愈嚴(yán)重，加壓時(shí)，容易出現(xiàn)毛刺，可能會(huì)把模具卡住，甚至?xí)?dǎo)致模具出現(xiàn)熱裂紋；澆注溫度過低，會(huì)因?yàn)楹辖鹉踢^快而產(chǎn)生澆不充足或冷隔缺陷，但是如果此時(shí)的比壓比較大，就可以很好地避免因溫度低所造成的缺陷，所以一般都會(huì)通過提高比壓來降低澆注溫度，這也正是液態(tài)模鍛的高比壓低溫穩(wěn)定成形的突出優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)橐簯B(tài)模鍛時(shí)希望消除氣孔、縮孔縮松，而在較低溫度澆注時(shí)，氣體易于從合金熔液內(nèi)部逸出，易于消除氣孔；且一旦施壓后，還能使金屬液同時(shí)進(jìn)人過冷狀態(tài)，獲得同時(shí)形核的條件，進(jìn)而獲得等軸晶組織。通常根據(jù)合金的液相線溫度和凝固范圍來確定理想的金屬液澆注溫度，一般控制在最低值，對(duì)于薄壁件或熱容量較小的合金澆注溫度可取高些，反之取得低些。
保壓時(shí)間
保壓時(shí)間是指從金屬液充滿模具型腔后開始到撤消壓力為止的時(shí)間段，這段時(shí)間實(shí)際上是金屬液在壓力下實(shí)現(xiàn)凝固、結(jié)晶和補(bǔ)縮的時(shí)間。保壓時(shí)間的長短，主要取決于制件斷面的最大壁厚， 一般取0.5~1Sec/mm。保壓時(shí)間過短，即制件心部尚未完全凝固即卸壓，會(huì)因制件內(nèi)部得不到補(bǔ)縮而產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷；保壓時(shí)間過長，增加了制件內(nèi)應(yīng)力，可能造成制件因凝固收縮而產(chǎn)生熱裂，影響制件表面質(zhì)量。
模具預(yù)熱溫度
液態(tài)模鍛是將高溫液態(tài)金屬直接澆入模具中，凝固時(shí)放出的熱量使模具型腔表面溫度迅速升高，在模具模壁方向存在溫度差而產(chǎn)生熱應(yīng)力，故模具在使用前要進(jìn)行均勻預(yù)熱，以減小溫差，降低熱應(yīng)力。模具溫度過高，容易發(fā)生制件粘模，使脫模困難；模具溫度過低，則使制件質(zhì)量難以得到保證，如產(chǎn)生冷隔和表面裂紋等缺陷。
冷卻液態(tài)模鍛卸壓后，一般應(yīng)立即脫模，故制件的出模溫度較高。為了防止高溫的制件空冷時(shí)在薄壁與厚壁的交界處產(chǎn)生裂紋，應(yīng)將出模后的制件立即用沙子或者土埋上，待冷卻到 150℃以下時(shí)再取出空冷。
技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)
(1) 液態(tài)模鍛可以消除制件內(nèi)部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產(chǎn)生局部的塑性變形，使制件組織致密。加之，在壓力下結(jié)晶，還有明顯的細(xì)化晶粒、加快凝固速度和使組織均勻化的作用。因而液鍛件的機(jī)械性能一般要高于普通鑄件，而接近甚至達(dá)到同種合金的鍛件水平，同時(shí)它沒有鍛件中通常存在的各向異性。
(2) 液態(tài)金屬在壓力下成形和凝固，使制件和型腔壁貼合緊密。模具之間的氣隙減小，使導(dǎo)熱系數(shù)增加，凝固速度加快，有利于晶粒細(xì)化。且液鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級(jí)別能達(dá)到壓鑄件的水平。所以，液態(tài)模鍛已成為近凈成形的一種重要方法。
(3) 液鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應(yīng)力狀態(tài)下，有利于制件的補(bǔ)縮和防止制件裂紋的產(chǎn)生。因而，液態(tài)工藝的實(shí)用性較強(qiáng)，適用的合金不受鑄造好壞的限制。它不僅適用于鑄造性能好的合金，而且也適用于鑄造性能不好的變形合金。既可用于鋁、銅、鎂、鋅等有色合金，還可用于鐵、鋼等黑色金屬，還用于鎳、鈷等高溫合金，甚至可用于復(fù)合材料和鑄石等方面。
(4) 液態(tài)模鍛是在壓力機(jī)或擠壓鑄造機(jī)上進(jìn)行的。便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、可大大減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善車間的生產(chǎn)環(huán)境。
(5) 由于凝固層產(chǎn)生塑性變形，要消耗一部分能量，因此金屬液經(jīng)受的等靜壓值不是固定不變的，而是隨著凝固層的增厚下降。
(6) 液態(tài)模鍛的固液區(qū)在壓力的作用下，發(fā)生強(qiáng)制性的補(bǔ)縮。對(duì)于薄壁和復(fù)雜的零件，因?yàn)橹萍睦淠俣瓤?，有時(shí)來不及加壓就凝固了，因而，此工藝的應(yīng)用將受到限制。 [3-4]
發(fā)展
編輯液鍛技術(shù)的新發(fā)展有以下幾個(gè)方面：
(1)發(fā)展半固態(tài)成形技術(shù) 半固態(tài)加工利用了金屬從液態(tài)向固態(tài)或固態(tài)向液態(tài)過渡(即固液共存)時(shí)的特性，綜合了凝固加工和塑性加工的長處，即加工溫度低，比如鋁合金，與凝固加工相比，加工溫度可降低 120℃；變形抗力小；可一次加工成形狀復(fù)雜且精度要求高的零件。半固態(tài)技術(shù)在歐美國家及日本發(fā)展很快。
(2)用液鍛工藝生產(chǎn)復(fù)合材料 日本進(jìn)行了鋁—碳纖維、鋁—不銹鋼絲纖維等增強(qiáng)復(fù)合材料的液鍛研究，英國進(jìn)行了可選擇性的纖維、盤形剎車測徑器等液鍛研究，還研究了為改善以 Al-A12 為金屬母體成分鑄造顆粒性能時(shí)液鍛工藝的作用，國內(nèi)也進(jìn)行了馬達(dá)連桿軸瓦雙金屬液鍛工藝的研究等。
（3）液鍛工藝的新發(fā)展是液態(tài)擠壓 液態(tài)擠壓是在液態(tài)模鍛的基礎(chǔ)上，結(jié)合熱擠壓變形的特點(diǎn)而發(fā)展起來的一種液態(tài)成形工藝，其成形過程為：將液態(tài)金屬直接澆入擠壓桶內(nèi)，借助擠壓沖頭對(duì)未凝固液態(tài)或準(zhǔn)凝固金屬施以壓力，使其在壓力下發(fā)生流動(dòng)、結(jié)晶和凝固。隨后，擠壓成形?？谔幍臏?zhǔn)凝固金屬經(jīng)受斷面縮減的大塑性變形，一次成形出管、棒、型材類制品。擠壓的主要特征是利用壓力下結(jié)晶和熱擠壓減輕大變形原理，使制件性能改善，其組織為熱擠壓組織。
利用液態(tài)擠壓工藝也可以直接制備金屬基復(fù)合材料管、棒、型材類制件，由此突破了現(xiàn)有復(fù)合材料成形方法均需二次變形，即先成形出復(fù)合材料坯體，再經(jīng)擠、軋等工藝制成管、棒型材的限制，可以減少成形工序，降低成本，有望成為成形高性能復(fù)合材料的管、棒、型材的一條新途徑。
國外液態(tài)模鍛技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用范圍。但是，由于我國尚未開發(fā)出適合液態(tài)模鍛工藝要求的專用或者通用液態(tài)模鍛機(jī)械，在一定程度制約了該技術(shù)的發(fā)展，影響先進(jìn)工藝技術(shù)的實(shí)施。因此，發(fā)展我國液態(tài)模鍛產(chǎn)業(yè)的最關(guān)鍵問題是盡快開發(fā)和生產(chǎn)自己的高效、低價(jià)位模鍛機(jī)系列，并針對(duì)具體工作進(jìn)行工藝技術(shù)的開發(fā)和試生產(chǎn)。
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新的工藝、新的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)制造業(yè)正面臨這嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。作為鑄、鍛結(jié)合的液態(tài)模鍛技術(shù)，也要面對(duì)更多的技術(shù)要求和市場的激烈競爭，因此液態(tài)模鍛技術(shù)也相應(yīng)的要完善和繼續(xù)發(fā)展。
