1. 半固態(tài)連鑄的基本概念與技術(shù)關(guān)鍵
半固態(tài)連鑄是半固態(tài)加工與現(xiàn)代連鑄技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它與普通連鑄的根本區(qū)別在于金屬熔體進入結(jié)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(jié)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(jié)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(shù)關(guān)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(chǎn)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(shù)思想[1]，并首先對低熔點有色合金進行了試驗研究[2]。進入八十年代以后，美國Alumax 公司率先設(shè)計制造了一臺可以小批量生產(chǎn)的有色金屬半固態(tài)連鑄機[1]。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(chǔ)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[3]，取得了可喜的結(jié)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[4]，1998年初經(jīng)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(nèi)外半固態(tài)連鑄技術(shù)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(shù)內(nèi)涵；(2) 從低熔點有色合金跨入了高熔點黑色金屬領(lǐng)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(shè)計準則；(5) 對半固態(tài)連鑄坯的特點及質(zhì)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(jié)晶器，拉矯機構(gòu)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(jié)晶器的壓力損失大，容易發(fā)生流道堵塞，難以生產(chǎn)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(jié)晶器容易，可以生產(chǎn)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(nèi)金屬熔體的冷卻速度，多數(shù)都在制漿室外加設(shè)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(jié)晶器，國外半態(tài)連鑄機在制漿室與結(jié)晶器之間加設(shè)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(gòu)基本上是對現(xiàn)代連鑄技術(shù)的簡化，主要有液壓及機械式兩大類。液壓式拉坯機構(gòu)運行平穩(wěn)，便于調(diào)節(jié)，機械式拉坯機構(gòu)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)及冷卻水系統(tǒng)來調(diào)節(jié)，因而設(shè)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(chǎn)及近終形零件的直接成形。
