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本書的內容涵蓋鋁合金先進半固態加工技術、用于使用和測量半固態加工表征的詳細工具和參數以及鋁合金半固態加工技術的眾多圖例，完整介紹了固態加工的制漿、重熔加熱、成型、熱處理、以及模擬與計算等過程的理論與工藝。本書可供從事冶金、鑄造、加工和材料等領域相關工作的科學研究人員、工程技術人員閱讀，也可作為材料成形專業本科生及研究生的專業教材或參考資料。

《鋁合金半固態加工技術》原著獲得布朗科技著作優異獎，匯集原作者十多年來對SSM工藝的研究成果，在國際上有重大的影響力。全書共分八章，詳細介紹了鋁合金半固態加工技術工藝設計與參數設置，技術先進，實踐指導價值明顯。本書譯者團隊為國內知名的輕合金科研團隊，取得了一系列成果，是鋁合金相關領域的專家，翻譯準確。

金屬及其合金的近凈成形產品可以通過多種技術加工。一般而言，這些技術可以分為基于液態和基于固態的加工方式。鑄造是從液體開始的工藝路線；而鍛造、擠壓和軋制則是典型的基于固態的成形技術。在20世紀的最后25年間，人們開發出一種新的金屬加工技術，它結合了液態和固態加工的原理并繼承了二者的技術特點。這種新的加工技術，被稱為合金半固態成形技術，能夠以較低的成本得到性能較高的產品。較低的成本主要與加工成本和能耗降低有關；而較高的性能是因為在加工成形過程中，較好地控制了材料的微觀組織演變。

自從20世紀70年代早期，麻省理工學院提出半固態金屬（SSM）成形技術并在技術上證明其切實可行以來，世界范圍內的研究人員為了推動該技術的工業化應用開展了大量研究。該技術正逐步發展成為鑄造或塑性加工的一個替代方案。半固態漿料的成形及其制備方法的相關基礎知識（包括其中凝固科學的應用），對于SSM成形技術的進一步發展以及實際應用過程中工藝（包括具體工藝參數）的選擇都是至關重要的。本書為SSM成形的工程技術人員和教師提供了詳實的基礎理論和技術指導。它也可用作金屬及其合金凝固或鑄造專業的本科生或研究生的教材。本書介紹了制備半固態金屬的方法以及必要的工具和設備，并為讀者提供了半固態金屬成形的基礎知識。

本書的第1章介紹了鋁行業及其在經濟發展中的作用，并給出了有價值的統計數據；第2章討論了迄今為止所有的半固態金屬成形技術；第3章主要介紹了Al-Si合金SSM成形過程中的凝固、攪拌和合金分布；第4章介紹了半固態坯料制備過程中的組織演變和流動行為的特征（如流變特性）；第5章主要介紹了SSM研究中Al-Si合金的流變鑄造，其中流變鑄坯通過低澆注溫度、電磁攪拌（EMS）和旋轉焓平衡裝置（SEED）制備；第6章介紹了最新的SSM坯料熔體處理技術；第7章介紹了觸變鑄造的最新研究進展；第8章邀請了科羅拉多礦業學院的Steve Midson博士介紹了SSM成形工藝在生產高質量工程部件方面的一些工業應用。

本書匯集了我們過去13年來對SSM工藝的研究成果，包含了被國際金相學協會和金相學獎項委員會授予2013年布勒科技論文優異獎的最新出版物。本書還涵蓋了全球許多著名研究人員和備受尊敬的研究中心的研究成果。在此非常感謝我們的同事和合作者以及其他研究人員，他們給我們提供了最新的研究成果，并許可將其納入本書。我們特別感謝以下人員的幫助和建議，使本書出版成為可能：

·加拿大 Omid Lashkari博士

·加拿大 Alireza Hekmat博士

·巴西 University of Campinas，Eugenio Jose Zoqui教授

·加拿大 CanmetMATERIALS，Natural Resources Canada/Govemment of Canada,Frank Czerwinski博士

·泰國 Prince of Songkla University,Jessada Wannasin教授

·加拿大 Peyman Ashtari博士

·瑞典 J nk ping University,Magnus Wessén教授

·英國 Zyomax有限公司 Jayesh Patel博士

·美國 Jim Yurko博士

·瑞典 Thermo Calc公司 Shan Jin博士和Hai-Lin Chen博士

·加拿大 STAS公司 Pascal Coté

·比利時 歐洲鋁協會 Djibril René

·加拿大 Trans-Al Network,Véronique Bouchard

·美國鋁業協會 Matt Meenan

·澳大利亞 澳大利亞鋁協會 Rosanna Boyd

本書定稿過程需要獲得使用相關材料的許可，在此我們感謝下列人員的幫助：

·英國 Sheffield University,Plato Kapranos 教授

·澳大利亞 Queensland University,David St. John教授

·澳大利亞 University of Southern Queensland,Hao Wang教授

·美國 MIT,Merton Flemings教授

·美國 John Jorstad

·意大利 Universit degli Studi di Brescia,Annalisa Pola教授

·美國 Thixomat公司 Stephen LeBeau

·中國 南昌大學 Xiangjie Yang教授

·英國 Imperial College,K.M. Kareh博士

·美國 Phillips-Medisize公司 Jon Olson

·日本 Nobutaka Yurioka 教授

·韓國 Division of Advanced Materials Science,Kongju National University, S.J. Hong教授

·韓國 Dong-A University,Dongyuu Kim教授

·還有TTP and Scientific Net（Andrey Lunev博士）、ASM International、NADCA、AFS、TMS、Elsevier、Maney（Routledge，Taylor＆Francis集團）、Springer以及許多其他在此列表中未列出的人員。

感謝加拿大鋁業國際（Rio Tinto-Alcan）、加拿大自然科學和工程研究委員會以及希庫蒂米-魁北克大學對鋁合金半固態成形工作的財務支持。感謝希庫蒂米-魁北克大學的Andre Charrette教授、蒙特利爾理工大學的Frank Ajersch教授、STAS公司的Bahadir Kulunk博士的幫助。特別感謝加拿大鋁業國際的Joseph Langlais博士長期的支持。

我們還要感謝加拿大自然資源部/加拿大政府CanmetMATERIALS中心的Jennifer Jackman博士、Mahi Sahoo博士、Daryoush Emadi博士和Mahmoud T. Shehata博士，他們提供CanmetMATERIALS的相關設施幫助我們完成EMS工作。

最后，還要特別感謝伊朗科技大學的Jalal Hedjazi教授，他激勵著本書作者完成了凝固和鑄造工作。



Shahrooz Nafisi

加拿大阿爾伯塔省埃德蒙頓

Reza Ghomashchi

澳大利亞南澳大利亞州阿德萊德

周吉學，山東省科學院新材料研究所輕質高強金屬材料科研平臺，主任，主要從事輕質高強有色金屬材料的設計與制備研究工作。現任山東省科學院新材料研究所輕質高強金屬材料科研平臺主任。工作以來，主持承擔國家、省部級科技計劃項目10余項，作為單位任務負責人參與了兩項國家十三五重點研發計劃和一項省重點研發計劃，發表相關學術論文20余篇，獲得授權專利5項，獲得山東省科技進步二等獎、自貢市科技進步獎二等獎、四川省科技進步獎三等獎、申報威海市科技進步獎一等獎。參與制定完成國家標準1項，行業標準1項。2016年所負責團隊研發出了世界上第 一輛全鎂車身骨架輕量化電動客車。

第1章概論1

參考文獻4



第2章金屬半固態加工技術6

2.1流變成形技術8

2.1.1機械攪拌8

2.1.2磁力攪拌或電磁攪拌10

2.1.3新流變鑄造或UBE工藝12

2.1.4斜槽冷卻技術13

2.1.5液體混合技術15

2.1.6半固態流變鑄造工藝15

2.1.7金屬流變成形18

2.1.8超聲處理技術20

2.1.9日立鑄造成形技術22

2.1.10低澆注溫度或低過熱度鑄造23

2.1.11子液相線鑄造25

2.1.12旋轉焓平衡裝置26

2.2觸變路線技術28

2.2.1熱加工28

2.2.2噴射鑄造法30

2.2.3液相線或低超熱鑄造31

2.2.4化學晶粒細化32

2.2.5觸變成形33

參考文獻34



第3章半固態金屬加工過程中的凝固與元素分布40

3.1概述40

3.2攪拌過程中的凝固41

3.2.1攪拌過程中的形態演變45

3.3半固態金屬鑄造過程中凝固和元素分布研究實驗方法49

3.3.1攪拌過程中的凝固49

3.3.2合金分布52

3.3.3攪拌過程中的粒徑變化58

參考文獻64



第4章半固態金屬表征方法66

4.1凝固特性67

4.1.1半固態金屬加工技術69

4.1.2熔體處理73

4.1.3化學分析73

4.2流變特征73

4.2.1流變學原理73

4.2.2半固態金屬合金的流變行為77

4.2.3測試方法88

4.3微觀/宏觀組織結構分析96

4.3.1定性金相學96

4.3.2定量金相學107

4.3.3顯微鏡/圖像分析設置112

參考文獻113



第5章流變鑄造：近液相線澆注、旋轉焓平衡裝置和電磁攪拌技術119

5.1概述119

5.2近液相線澆注工藝119

5.2.1實驗設計120

5.2.2熱分析120

5.2.3結構分析123

5.2.4流變學研究125

5.3旋轉焓平衡裝置129

5.3.1實驗設置130

5.3.2冷卻曲線130

5.3.3鑄坯微觀組織131

5.3.4工藝參數優化131

5.3.5化學成分均勻性134

5.4電磁攪拌144

參考文獻153



第6章流變鑄造：熔體處理154

6.1半固態鑄造中的熔體處理綜述154

6.1.1晶粒細化對半固態結構的影響154

6.1.2變質對半固態組織結構的影響163

6.2半固態鑄造中的熔體處理、旋轉焓平衡設備制備技術165

6.2.1晶粒細化165

6.2.2變質處理198

6.2.3細化劑與變質劑的復合效應213

6.2.4流變特性228

參考文獻243



第7章觸變鑄造247

7.1概述247

7.2精煉傳統鑄造樣品的流變鑄造247

7.2.1再加熱時間對SSM結構的影響248

7.2.2凝固冷卻速率對SSM結構的影響251

7.2.3添加不同的細化劑253

7.3EMS坯料的觸變鑄造254

7.3.1砂模255

7.3.2銅模259

7.3.3晶粒細化/EMS：最優選擇264

參考文獻268



第8章半固態金屬加工的商業應用269

8.1概述269

8.2優質鑄件270

8.3改進優質壓鑄件273

8.4觸變成形274

參考文獻276