1. 半固態(tài)連鑄的基本概念與技術關鍵
半固態(tài)連鑄是半固態(tài)加工與現(xiàn)代連鑄技術相結合的產物。它與普通連鑄的根本區(qū)別在于金屬熔體進入結晶器時的狀態(tài)不同。在普通連鑄中，金屬液以全液態(tài)進入結晶器。而在半固態(tài)連鑄過程中，金屬熔體以固液兩相共存的狀態(tài)進入結晶器，其中的固相為非枝晶粒狀組織。半固態(tài)連鑄的主要工藝流程為金屬冶煉→半固態(tài)漿料的制備→拉坯。其技術關鍵主要有兩個，一是連續(xù)冷卻攪拌條件下非枝晶粒狀固相的形成與控制，二是含有非枝晶粒狀固相的半固態(tài)漿料的充型。
2.半固態(tài)連鑄的產生、發(fā)展與現(xiàn)狀
2.1 概況
Flemings most早提出了半固態(tài)連鑄的技術思想，并首先對低熔點有色合金進行了試驗研究。進入八十年代以后，美國Alumax 公司率先設計制造了一臺可以小批量生產的有色金屬半固態(tài)連鑄機。隨后，美國ISC(INLAND STEEL COMPANY)開始了半固態(tài)圓坯連鑄機的商業(yè)化工作。在此基礎上，1995年美國ISC公司進一步開展了鋼鐵材料半固態(tài)連鑄的試驗研究，取得了可喜的結果。我國東南大學、清華大學、有色金屬總院等單位也分別開展了有色金屬半固態(tài)鑄造的研究。1996年本課題組與河北賀進建材機械廠等單位聯(lián)合立項，開展了黑色金屬半固態(tài)連鑄的研究，并取得了突破性進展，1998年初經國家教育部組織鑒定，達到了國際先進水平，填補了我國黑色金屬半固態(tài)連鑄研究的空白。
綜觀國內外半固態(tài)連鑄技術的研究可以發(fā)現(xiàn)，目前所取得的主要進展是：(1)確立了半固態(tài)連鑄的技術內涵;(2)從低熔點有色合金跨入了高熔點黑色金屬領域;(3)對連續(xù)冷卻攪拌條件下非枝晶固相的形成與演變有了明確的認識;(4)提出了半固態(tài)連鑄過程穩(wěn)定性判據(jù)及其工藝設計準則;(5)對半固態(tài)連鑄坯的特點及質量評價有了客觀的認識。
2.2 半固態(tài)連鑄機機型
現(xiàn)有的半固態(tài)連鑄機有兩類：水平連鑄機和垂直連鑄機。兩類機型的基本組成是一樣的，都包括制漿室，過渡段，結晶器，拉矯機構及冷卻加熱系統(tǒng)，二者的主要區(qū)別在于拉坯方向是水平的還是垂直的。
水平式半固態(tài)連鑄機漿料進入結晶器的壓力損失大，容易發(fā)生流道堵塞，難以生產高固相分數(shù)的半固態(tài)坯，而且這種連鑄機占地面積大。垂直式半固態(tài)連鑄機漿料充填結晶器容易，可以生產高固相分數(shù)的半固態(tài)坯。但是這種連鑄機需要地坑作業(yè)，鑄坯長度受到限制。目前半固態(tài)連鑄機以垂直式連為主。
適用于有色金屬的半固態(tài)連鑄機制漿室多用不銹鋼制造，而黑色金屬半固態(tài)連鑄機制漿室則無一例外地采用耐火材料制成。制漿室攪拌方式以非接觸式電磁攪拌為主，在有色金屬半固態(tài)連鑄中也有沿用早期機械攪拌的。為了減緩制漿室內金屬熔體的冷卻速度，多數(shù)都在制漿室外加設一個加熱裝置。此外，為了保證半固態(tài)漿料能夠順利進入結晶器，國外半態(tài)連鑄機在制漿室與結晶器之間加設了一個用耐火材料制作并具有加熱功能的過渡段，使半固態(tài)熔體通過時溫度有所回升。拉坯機構基本上是對現(xiàn)代連鑄技術的簡化，主要有液壓及機械式兩大類。液壓式拉坯機構運行平穩(wěn)，便于調節(jié)，機械式拉坯機構操作簡便，投資小。
本課題組研制成功的適用于黑色金屬的半固態(tài)連鑄機采用旋轉永磁體三維磁攪拌，并取消了制漿室的外熱源加熱及過渡段。這種半固態(tài)連鑄機的most大優(yōu)點是可靠性高，制漿室冷卻速度由制漿室材料、結構及冷卻水系統(tǒng)來調節(jié)，因而設備簡單，便于操作。利用這臺半固態(tài)連鑄機已成功實現(xiàn)了白口鐵、高錳鋼及普碳鋼的半固態(tài)連鑄，可以進行ф100mm以下的圓坯生產及近終形零件的直接成形。
2.3 坯料質量
利用現(xiàn)有的半固態(tài)連鑄機所得坯料的主要特點是顯微組織為細小的粒狀晶，氣體含量低，宏觀偏析少，這種坯料在半固態(tài)溫度下具有優(yōu)異的成型性能。
半固態(tài)連鑄坯的表面質量與普通連鑄坯相當。雖然沒有振動裝置，但仍可見到類似于振痕的環(huán)狀條紋。
坯料顯微組織可見，其中的非枝晶粒狀組織形態(tài)并不是球形，而是外形不圓滑的粒狀晶，其尺寸一般為60m―120m。盡管其顯微組織并不象等溫條件下得到的半固態(tài)坯那樣圓整，但已經可以滿足成型需求。
