半固态成形技术是一种新型材料成形技术。该技术是利用金属从液态向固态转变或从固态向液态转变过程中所具有的特性进行加工。这一成形加工方法综合了凝固加工和塑性加工的长处，即加工温度比液态的低、变形抗力比固态的小，可一次大变形量加工成形形状复杂且精度要求较高的零件。[4]半固态金属成形具有产品质量高、性能好，易于近净成形，磨具寿命高，生产率高和节约能源等特点，被誉为21世纪最具潜力的先进制造技术之一。

本实验采用轧制与热处理的方法，来研究半固态铝合金的组织、性能变化。掌握半固态金属的性能特点，以便将半固态金属投入到各种工具的生产当中，改善生产条件以及工具性能。

1.2 半固态铝合金的应用现状

自20世纪以来，半固态成型技术在工业上已经获得了比较长足的进步。目前在美法意日等汽车工业较发达的国家，通过半固态技术加工的铝合金以及镁合金零件已经大量使用在汽车上。[5]其中最主要的还是半固态铝合金的汽车轮毂，除此之外也有在各种箱盖、活塞、接头以及空调零件等零件上的应用。

与传统的液态铸造相比半固态金属加工技术产品的凝固收缩减小，尺寸精度高、外观质量好，并且减少了机械加工量，甚至可以得到无机械加工余量铸件。具有许多明显的优势：

当合金处在半固态时,会产生触变行为,所以可以形成常规金属很难形成的结构复杂的造件。

半固态合金加工而成的零件件精度会非常高,非常适合做成尺寸要求比较精确的精密零部件。[6]

使用半固态合金进行加工出来的成形件表面质量好,晶粒细小，组织均匀，性能较好

相对于普通的铸造来说。同一个零部件的生产，使用半固态合金来加工能节省超过百分之三十能源，并减少耗材。

成品率高,几乎达100%。

生产效率很高。

模具寿命长。

因为加工相对容易，所以花费较少,产品在价格上很有优势。

生产环境得到改善。

1.3 半固态金属浆料的制备

与传统铸造成型相比，半固态成型的要点是需要做到在半固态温度区间内，金属浆料要包含有类似球形的晶粒结构，这种结构同时具有良好的流动性，因此固相的晶粒可以在液相基体内进行一定程度的移动。[7]因此在利用半固态技术生产的过程中最重要的环节就是寻找到良好组织的浆料。非树枝状半固态金属浆料是半固态成型技术的关键步骤之一，并且与成型产品的性能和质量直接相关。

目前普遍采用的半固态成型技术是强有力地搅拌或强烈地振动金属在其凝固过程中，从而使得液相内原本产生的晶粒破碎，液态金属母液悬浮在具有近似球形微观结构的晶粒中。[8]此时，固体颗粒容易相互移动，使得所产生的半固体浆料具有一定的流动性。机械搅拌法，电磁搅拌法，应变诱导熔体活化法，粉末冶金法等是目前工业生产中最常用的方法。

1.3.1机械搅拌法

机械搅拌法是基于增强对流效应概念的最早，最典型的半固体浆料生产方法（如图1.2所示）。其原理是在固液共存温度范围内对熔体进行剧烈的机械搅拌，然后在合适的条件下注入铸锭模具中。从而形成可供半固态成型使用的胚料。[9]设备构造简单耐用，工艺参数方便控制是机械搅拌法与其他方法相比的最大优势。

为了获得不同的熔液剪切速率，可以在搅拌过程中通过更换不同的搅拌棒扇叶形式以及调整搅拌棒的旋转速度，不同的扇叶形式和转速对形成的半固态浆料的微观组织会有着不同的影响。但是搅拌棒能够搅拌的区域是有限的，会存在搅拌不到的位置，这些位置会对浆料的均匀性有不同程度上的影响。除此之外，如果搅拌叶片被腐蚀或是磨损就会产生大量的残渣从而污染浆料，降低胚料的质量。因此，机械搅拌法常用于实验室的研究和探索工作，很少用于大规模工业生产。[10]