本书的内容涵盖铝合金先进半固态加工技术、用于使用和测量半固态加工表征的详细工具和参数以及铝合金半固态加工技术的众多图例，完整介绍了固态加工的制浆、重熔加热、成型、热处理、以及模拟与计算等过程的理论与工艺。本书可供从事冶金、铸造、加工和材料等领域相关工作的科学研究人员、工程技术人员阅读，也可作为材料成形专业本科生及研究生的专业教材或参考资料。

《铝合金半固态加工技术》原著获得布朗科技著作优异奖，汇集原作者十多年来对SSM工艺的研究成果，在国际上有重大的影响力。全书共分八章，详细介绍了铝合金半固态加工技术工艺设计与参数设置，技术先进，实践指导价值明显。本书译者团队为国内知名的轻合金科研团队，取得了一系列成果，是铝合金相关领域的专家，翻译准确。

金属及其合金的近净成形产品可以通过多种技术加工。一般而言，这些技术可以分为基于液态和基于固态的加工方式。铸造是从液体开始的工艺路线；而锻造、挤压和轧制则是典型的基于固态的成形技术。在20世纪的最后25年间，人们开发出一种新的金属加工技术，它结合了液态和固态加工的原理并继承了二者的技术特点。这种新的加工技术，被称为合金半固态成形技术，能够以较低的成本得到性能较高的产品。较低的成本主要与加工成本和能耗降低有关；而较高的性能是因为在加工成形过程中，较好地控制了材料的微观组织演变。

自从20世纪70年代早期，麻省理工学院提出半固态金属（SSM）成形技术并在技术上证明其切实可行以来，世界范围内的研究人员为了推动该技术的工业化应用开展了大量研究。该技术正逐步发展成为铸造或塑性加工的一个替代方案。半固态浆料的成形及其制备方法的相关基础知识（包括其中凝固科学的应用），对于SSM成形技术的进一步发展以及实际应用过程中工艺（包括具体工艺参数）的选择都是至关重要的。本书为SSM成形的工程技术人员和教师提供了详实的基础理论和技术指导。它也可用作金属及其合金凝固或铸造专业的本科生或研究生的教材。本书介绍了制备半固态金属的方法以及必要的工具和设备，并为读者提供了半固态金属成形的基础知识。

本书的第1章介绍了铝行业及其在经济发展中的作用，并给出了有价值的统计数据；第2章讨论了迄今为止所有的半固态金属成形技术；第3章主要介绍了Al-Si合金SSM成形过程中的凝固、搅拌和合金分布；第4章介绍了半固态坯料制备过程中的组织演变和流动行为的特征（如流变特性）；第5章主要介绍了SSM研究中Al-Si合金的流变铸造，其中流变铸坯通过低浇注温度、电磁搅拌（EMS）和旋转焓平衡装置（SEED）制备；第6章介绍了最新的SSM坯料熔体处理技术；第7章介绍了触变铸造的最新研究进展；第8章邀请了科罗拉多矿业学院的Steve Midson博士介绍了SSM成形工艺在生产高质量工程部件方面的一些工业应用。

本书汇集了我们过去13年来对SSM工艺的研究成果，包含了被国际金相学协会和金相学奖项委员会授予2013年布勒科技论文优异奖的最新出版物。本书还涵盖了全球许多著名研究人员和备受尊敬的研究中心的研究成果。在此非常感谢我们的同事和合作者以及其他研究人员，他们给我们提供了最新的研究成果，并许可将其纳入本书。我们特别感谢以下人员的帮助和建议，使本书出版成为可能：

·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

·泰国 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

·英国 Zyomax有限公司 Jayesh Patel博士

·美国 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

·比利时 欧洲铝协会 Djibril René

·加拿大 Trans-Al Network,Véronique Bouchard

·美国铝业协会 Matt Meenan

·澳大利亚 澳大利亚铝协会 Rosanna Boyd

本书定稿过程需要获得使用相关材料的许可，在此我们感谢下列人员的帮助：

·英国 Sheffield University,Plato Kapranos 教授

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

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

·美国 MIT,Merton Flemings教授

·美国 John Jorstad

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

·美国 Thixomat公司 Stephen LeBeau

·中国 南昌大学 Xiangjie Yang教授

·英国 Imperial College,K.M. Kareh博士

·美国 Phillips-Medisize公司 Jon Olson

·日本 Nobutaka Yurioka 教授

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

·韩国 Dong-A University,Dongyuu Kim教授

·还有TTP and Scientific Net（Andrey Lunev博士）、ASM International、NADCA、AFS、TMS、Elsevier、Maney（Routledge，Taylor＆Francis集团）、Springer以及许多其他在此列表中未列出的人员。

感谢加拿大铝业国际（Rio Tinto-Alcan）、加拿大自然科学和工程研究委员会以及希库蒂米-魁北克大学对铝合金半固态成形工作的财务支持。感谢希库蒂米-魁北克大学的Andre Charrette教授、蒙特利尔理工大学的Frank Ajersch教授、STAS公司的Bahadir Kulunk博士的帮助。特别感谢加拿大铝业国际的Joseph Langlais博士长期的支持。

我们还要感谢加拿大自然资源部/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，他们提供CanmetMATERIALS的相关设施帮助我们完成EMS工作。

最后，还要特别感谢伊朗科技大学的Jalal Hedjazi教授，他激励着本书作者完成了凝固和铸造工作。



Shahrooz Nafisi

加拿大阿尔伯塔省埃德蒙顿

Reza Ghomashchi

澳大利亚南澳大利亚州阿德莱德

周吉学，山东省科学院新材料研究所轻质高强金属材料科研平台，主任，主要从事轻质高强有色金属材料的设计与制备研究工作。现任山东省科学院新材料研究所轻质高强金属材料科研平台主任。工作以来，主持承担国家、省部级科技计划项目10余项，作为单位任务负责人参与了两项国家十三五重点研发计划和一项省重点研发计划，发表相关学术论文20余篇，获得授权专利5项，获得山东省科技进步二等奖、自贡市科技进步奖二等奖、四川省科技进步奖三等奖、申报威海市科技进步奖一等奖。参与制定完成国家标准1项，行业标准1项。2016年所负责团队研发出了世界上第 一辆全镁车身骨架轻量化电动客车。

第1章概论1

参考文献4



第2章金属半固态加工技术6

2.1流变成形技术8

2.1.1机械搅拌8

2.1.2磁力搅拌或电磁搅拌10

2.1.3新流变铸造或UBE工艺12

2.1.4斜槽冷却技术13

2.1.5液体混合技术15

2.1.6半固态流变铸造工艺15

2.1.7金属流变成形18

2.1.8超声处理技术20

2.1.9日立铸造成形技术22

2.1.10低浇注温度或低过热度铸造23

2.1.11子液相线铸造25

2.1.12旋转焓平衡装置26

2.2触变路线技术28

2.2.1热加工28

2.2.2喷射铸造法30

2.2.3液相线或低超热铸造31

2.2.4化学晶粒细化32

2.2.5触变成形33

参考文献34



第3章半固态金属加工过程中的凝固与元素分布40

3.1概述40

3.2搅拌过程中的凝固41

3.2.1搅拌过程中的形态演变45

3.3半固态金属铸造过程中凝固和元素分布研究实验方法49

3.3.1搅拌过程中的凝固49

3.3.2合金分布52

3.3.3搅拌过程中的粒径变化58

参考文献64



第4章半固态金属表征方法66

4.1凝固特性67

4.1.1半固态金属加工技术69

4.1.2熔体处理73

4.1.3化学分析73

4.2流变特征73

4.2.1流变学原理73

4.2.2半固态金属合金的流变行为77

4.2.3测试方法88

4.3微观/宏观组织结构分析96

4.3.1定性金相学96

4.3.2定量金相学107

4.3.3显微镜/图像分析设置112

参考文献113



第5章流变铸造：近液相线浇注、旋转焓平衡装置和电磁搅拌技术119

5.1概述119

5.2近液相线浇注工艺119

5.2.1实验设计120

5.2.2热分析120

5.2.3结构分析123

5.2.4流变学研究125

5.3旋转焓平衡装置129

5.3.1实验设置130

5.3.2冷却曲线130

5.3.3铸坯微观组织131

5.3.4工艺参数优化131

5.3.5化学成分均匀性134

5.4电磁搅拌144

参考文献153



第6章流变铸造：熔体处理154

6.1半固态铸造中的熔体处理综述154

6.1.1晶粒细化对半固态结构的影响154

6.1.2变质对半固态组织结构的影响163

6.2半固态铸造中的熔体处理、旋转焓平衡设备制备技术165

6.2.1晶粒细化165

6.2.2变质处理198

6.2.3细化剂与变质剂的复合效应213

6.2.4流变特性228

参考文献243



第7章触变铸造247

7.1概述247

7.2精炼传统铸造样品的流变铸造247

7.2.1再加热时间对SSM结构的影响248

7.2.2凝固冷却速率对SSM结构的影响251

7.2.3添加不同的细化剂253

7.3EMS坯料的触变铸造254

7.3.1砂模255

7.3.2铜模259

7.3.3晶粒细化/EMS：最优选择264

参考文献268



第8章半固态金属加工的商业应用269

8.1概述269

8.2优质铸件270

8.3改进优质压铸件273

8.4触变成形274

参考文献276