Semi-Solid Die Casting (SSDC) involves injecting a metal slurry (20-60% solid) at 580-620°C under 50-100 MPa pressure. This forms a globular microstructure, enhancing strength by up to 20%. Shear rates are typically below 10 s⁻¹, ensuring controlled mold filling for precise parts. Common alloys include Aluminum A356, LM25, and Magnesium AZ91D.

Learn why Semi-Solid Die Casting is preferred to get precision results. Discover how it works and what its key methods, applications, and advantages are.

ما هو الصب بالقالب شبه الصلب؟

Semi-solid die casting is a manufacturing process. It is used to form metal into a semi-solid state. These parts are dough-like, equally containing both liquid and solid shapes. This kind of slurry helps the manufacturer to produce top-quality, intricate parts. It is widely used in industries, whether it is automotive or consumer electronics. Semi-Solid aluminum Die Casting parts are stronger and have almost zero defects compared to traditional casting.

 ثيكسوتروبية وريوبيريكسيتي

1. الصب المتغير الانسيابية (السلوك المتغير الانسيابي)

تبدأ عملية الصب بالحرارة بعد الحصول على سبيكة معدنية قياسية. يمكن أن تكون سبائك الألومنيوم A356. يقوم عمال المعادن بصهر هذه السبائك عند درجة حرارة أولية تبلغ 650 درجة مئوية في فرن.

عندما تبدأ هذه المادة المنصهرة في البرودة عند درجة حرارة شبه صلبة تبلغ 580 درجة مئوية، يستخدم العمال أداة تقليب ميكانيكية تدور بسرعة 500 دورة في الدقيقة. من خلال القيام بذلك، تتكسر الجسيمات الصلبة إلى كريات صغيرة. يبلغ حجمها 50-100 ميكرون.

يجعل التحريك سلوك متغيرة الانسيابية. هذا هو صب الحالة شبه الصلبة مع الجسيمات الصلبة 40%. يتدفق بسلاسة شديدة عند الدفع.

يُستخدم هذا الملاط لاحقًا في صب مكونات متعددة الاستخدامات في صناعات مثل مكونات تعليق السيارات.

2. ثيكسوكستينج (السلوك الانقسامي)

في الصب بالخرسانة، يستخدم المصنعون قضبانًا مسبقة الصنع. وهي نوع من السبائك مثل سبائك المغنيسيوم AZ91D. عادةً ما تكون هناك بالفعل بنية مجهرية كروية مناسبة في هذه المادة.

رأى صانعو المعادن هذه القضبان لأول مرة. تختلف أطوالها في كثير من الحالات، ولكنها تتراوح عادةً بين 150 مم. وقاموا بإعادة صهر هذه القضبان باستخدام درجة حرارة 575 درجة مئوية. وهذا يتماشى مع عملية الصبّ القياسية. وتستمر العملية لمدة 15 دقيقة في فرن الحث حتى تأخذ المادة شكلاً شبه صلب مثالي.

يدفع المصنعون هذه المادة في القالب بسرعة 1 م/ثانية. وهذا يختلف تمامًا عن المتغيرة الانسيابية لأنها ليست أرق. وبدلاً من ذلك، فهو نوع من الانسيابية.

تزيد هذه العملية من اللزوجة تحت القص (10%). وينتج عن ذلك انخفاض مخاطر التدفق المضطرب وانحباس الهواء. عند صب مكونات مثل أغلفة أجهزة الكمبيوتر المحمول، تنتج هذه الخصائص أسطحًا أكثر سلاسة.

كيف يتحكم معدل القص في التدفق؟

إن semi-solid aluminum alloys have shear rates below the typical range of 10 s⁻¹. Being a thick state, it moves slowly into a mold cavity, filling each section properly, especially in need of thin casting.

يزداد القص عندما تدفع البوابات الضيقة المعدن بسرعات عالية. تملأ القالب في غضون 0.5 ثانية، وتصنع منتجات دقيقة.

ترقق القص هو المعلمة. وهذا يمكّن العمال من معالجة تدفق المعدن أثناء مراحل الصب المختلفة.

الكسر الصلب

The solid fraction (fₛ) is the proportion of the solid content in Semi-Solid Die Casting. That’s what manufacturers keep within a feasible range of 20% and 60%.

تؤدي الظروف المنخفضة التي تقل عن 20% إلى جعل المعدن سائلًا ومرتفعًا جدًا، أكثر من 60%، إلى شكل أكثر صلابة. ويسبب ذلك مشكلة في القالب.

تطور البنية المجهرية

بالمقارنة مع البنية التشعبية القديمة، فإن المعدن شبه الصلب له بنية مجهرية كروية أو تشبه الوردة. تكون الجسيمات مستديرة الشكل، مما يتيح تدفقًا أكثر سلاسة ويقلل من العيوب. إن القوة المحسنة والجودة الدقيقة هي النتائج الأساسية لهذه العملية في المخرجات النهائية.

عملية الصب بالقالب شبه الصلب

طرق توليد الطين

1. التنشيط الذائب المستحث بالإجهاد (SIMA):

بعد شراء القضبان القياسية، يقوم المصنعون بتصفيتها عند درجة حرارة 300 درجة مئوية، ثم يضعونها في أفران لإعادة تسخينها عند درجة حرارة 580 درجة مئوية. في هذه المصفوفة السائلة، تتشكل جسيمات كروية (50 ميكرومتر). وهذا جيد بما يكفي للمعالجة شبه الصلبة.

2. التحريك المغناطيسي الهيدروديناميكي (MHD)

تستخدم الملفات الكهرومغناطيسية تيار 500 أمبير. هذا هو العمل على جعل التحريك 600 دورة في الدقيقة بدون تلامس. تتشكل الحالة الصلبة المثالية 40% نتيجة لهذه العملية، مما يؤدي إلى تجنب التلوث.

3. صب منحدر التبريد

يتدفق الصانع إلى أسفل الحالة المنصهرة للمعدن عند 620 درجة مئوية على المنحدر. وهذا عادةً ما يكون منحدر نحاسي بزاوية 60 درجة.

يستخدمون تبريدًا أسرع للحصول على ملاط شبه صلب في أكثر من 3 ثوانٍ.

تعديلات وحدة الحقن

استخدام نوع خاص من الأكمام القصيرة ذات الطلاء الحراري الخزفي. فهي تحافظ على درجة حرارة الملاط عند 570 درجة مئوية. بحيث يمكنك صبها دون قلق طوال مرحلة الحقن.

بالإضافة إلى ذلك، تضمن الغطاسات المصممة بدقة ملء القالب بشكل متساوٍ. تعمل بسرعة حرجة تبلغ 0.3-0.8 م/ثانية. تعمل هذه الميزة على موازنة العمليات وتقلل من فصل الطور الضار. يحدث ذلك بين جزيئات الطين السائلة والصلبة.

اعتبارات تصميم القالب

يجب استخدام مساحة مقطع عرضي أكبر 30% من القوالب التقليدية في حالة أنظمة البوابات. سيساعد ذلك في الحفاظ على التدفق المناسب للمعادن شبه الصلبة.

بالنسبة لأنظمة العدائين، ادمج الانحناءات التدريجية. يكون نصف قطرها 20 مم كحد أدنى. من خلال القيام بذلك، ستحافظ التقنيات على التدفق المعدني الصفحي وتقلل من الاضطراب.

بالحديث عن فتحات التهوية، فهي مشكّلة بدقة بعرض 0.1 مم. وسوف تتحكم في انحباس الهواء أثناء الصب. حيث تتعامل أيضًا مع مشاكل التسرب.

مزايا الصب بالقالب شبه الصلب

أسطح أكثر نعومة ومقاسات دقيقة

يتدفق المعدن شبه الصلب إلى أقسام القالب بسرعة مضبوطة. وهذا أبطأ بكثير من المعدن السائل. وهذا يقلل أيضًا من فقاعات الهواء بنسبة تصل إلى 90 %.

In comparison to regular casting, this process reduces shrinkage (0.5%), which is less than the 1.2% when cooling. That also helps in making parts that are snap-fit.

هيكل معدني أقوى

تتجمع الجزيئات الصغيرة المستديرة الشكل شبه الصلبة في حالة شبه صلبة معًا بإحكام شديد. وهذا يعني أن لها بنية أكثر كثافة مع 20% قوة أكبر عند التمدد.

يمكنك ثنيها بقوة أكبر 15% قبل أن تنكسر. تدوم هذه الأجزاء 30% لفترة أطول مع تحمل الضغط المتكرر.

عدد أقل من الثقوب والعيوب

There are almost zero empty spaces (1 to 2 %) inside  Semi-Solid Die Casting parta. Meanwhile, regular صب القوالب has a 5 to 8 percent chance.

يتم التخلص من فقاعات الهواء، والثقوب، والانكماش، والشقوق، والبقع السطحية الخشنة بسبب هذه العملية.

توفير الطاقة

You must know another feature or benefit of thisSemi-Solid Die Casting process is energy saving. It reduces energy usage in many ways. For instance:

• يسخن المعدن عند 580 درجة مئوية بدلاً من 680 درجة مئوية.
• تستخدم التدفقات الأسرع (25%) طاقة أقل.
• يقلل من نفايات المواد بنسبة تصل إلى 15 في المائة أثناء التشغيل.

انخفاض تكاليف الإنتاج

نظرًا لأن الأجزاء شبه الصلبة تحتاج إلى عدد أقل من ماكينات الصقل، فإنها توفر ما يصل إلى 401 تيرابايت 4 تيرابايت.

من بين مخرجات إنتاجها، يمكن رفض 5% من الأجزاء. وهذا أقل من 15 % من تلك العمليات العادية.

You can use the Semi-Solid Die Casting molds 50000 more times instead of only 30000 times.

تطبيقات الصب بالقالب شبه الصلب

مكونات السيارات الحرجة

أجزاء الصب بالقالب شبه الصلب في صناعة السيارات هي:

• مفاصل التوجيه
• حوامل المحرك
• حالات الإرسال
• ملاقط الفرامل

تنتج هذه العملية أجزاء معقدة للغاية بتفاصيل هيكلية. على سبيل المثال، الإطارات الفرعية وأذرع التعليق ذات التصميمات المجوفة.

في السيارات الكهربائية (EVs)، تكون الأجزاء عبارة عن علب البطاريات ومرفقات المحرك. فهي خفيفة الوزن ومتينة. كما أنها تتعامل مع الاهتزازات المستمرة والضغوط الحرارية.

قطع غيار الطيران عالية الأداء

تنتج الحالة شبه الصلبة مكونات فضائية بجودة عالية الدقة. وهذه هي:

• أقواس الأجنحة
• مكونات معدات الهبوط
• أجزاء المحرك التوربيني
• مبيتات الرادار
• حاويات إلكترونيات الطيران
• قمر صناعي

فهي متينة وذات وزن أقل. ويستفيد منها غلاف نظام توجيه الصواريخ لقدرتها. فهي تحافظ على تفاوتات ضيقة في البيئات الحرجة.

مكاسب الأداء المقاسة

في الاختبارات الميدانية، تدوم ملاقط المكابح المصبوبة شبه الصلبة 80000 كم قبل أن تتآكل بالطريقة القديمة. وعلاوة على ذلك، تحصل الأجزاء المصبوبة بالطائرات على مقاومة إجهاد أكبر بمقدار 25%.

تكتسب أجزاء قطاعات السيارات مقاومة أفضل للصدمات (15%) أثناء العمل في اختبارات التصادم.

تطبيقات السوق المتنامية

Over time, growing market applications leverage Semi-Solid Die Casting to create:

• علب هوائيات 5G دقيقة مع موجهات موجية مقاس 0.05 مم.
• صينية الزرع الطبية التي تحتوي على أسطح مقاومة للبكتيريا.
• علب محرك الطائرة بدون طيار مع تبديد أفضل للحرارة.

وعلاوة على ذلك، تستخدم السيارات الكهربائية هذه العملية من حيث الحصول على تسطيح 0.2 مم. وذلك على امتداد 300 مم في ألواح تبريد البطارية.

المواد المستخدمة في الصب بالقالب شبه الصلب

التسميات المحددة للسبائك

الألومنيوم A356 (AlSi7Mg) والمغنيسيوم AZ91D هما السبائك التي تعمل بشكل أفضل في الصب شبه الصلب. فهي تذوب بشكل أسرع وأكثر توازناً، مما يخلق نسيجاً مثالياً.

نظرًا لوجود قوة عالية في سبيكة A356، ولهذا السبب عادةً ما تستخدمها شركات السيارات 70%. وفي الوقت نفسه، تتماشى سبيكة AZ91D بشكل جيد مع صب علب الإلكترونيات خفيفة الوزن.

الخواص الانسيابية

The charts depict how the alloys of Semi-Solid Die Casting work at different stages and varying solid fractions (Fs). At Fs=0.37. It shows a decline in viscosity when the shear rate raises from 1 to 10 s⁻¹.

الكسور مثل Fs=0.48، وهي أعلى، تحافظ على سماكة التدفق. فهي تستخدم قوة أكبر لملء القوالب. يوضّح هذا الرسم البياني الوضع الذي يجعل المصنعين يستخدمون Fs بين 0.40 و0.45 للحصول على أفضل ناتج.

سلوك التصلب

تبريد الصب A356 في نطاق 50 درجة مئوية. فهي تتيح لك وقتًا كافيًا لنشر المعدن داخل القالب.

لزيادة هذا النطاق، يمكنك إضافة 0.31 تيرابايت 4 تيرابايت من المغنيسيوم. وذلك لزيادته حتى 15 درجة مئوية لتحسين التدفق.

وعلى العكس من ذلك، تأخذ سبيكة AZ91D شكلًا صلبًا بالكامل بسرعة أكبر. ومع ذلك، فهي تصنع أجزاء ذات جدران أقوى وأرق. يصل سمكها إلى 2 مم.

المعالجة الثانوية

وغالبًا ما تحتاج الأجزاء إلى خطوات أقل من المعالجة الثانوية. وذلك لأنها تحتاج إلى إزالة سطح 0.1 مم مقابل 0.5 مم للمسبوكات التقليدية.

كما أن تمرير سبيكة A356 من خلال المعالجة الحرارية يجلب قوة محسنة تصل إلى 20% دون التواء.

الصب بالقالب شبه الصلب مقابل الصب بالقالب التقليدي

مقارنة معلمات العملية

المعلمة	الصب شبه الصلب	الصب التقليدي
درجة الحرارة	580-620°C	680-720°C
ضغط الحقن	50-100 ميجا باسكال	70-150 ميجا باسكال
الكسر الصلب	30-50%	0% (سائل بالكامل)
وقت الدورة	45-60 ثانية	30-40 ثانية

الهيكل المادي

يعطي الهيكل الكروي في الصب شبه الصلب صلابة أعلى بنسبة 20 في المائة من هيكل الصب القديم. ويحتوي على حوالي 2 % مسامية؛ وعلى العكس من ذلك، 5.8%.

عوامل التكلفة

ومع ذلك، فإن التكلفة الأولية أعلى حتى 20%. وبغض النظر عن ذلك، يمكن أن تكون فعالة من حيث التكلفة لأنها تقلل من نفايات المواد بحوالي 15% وتكاليف التصنيع بما يصل إلى 40%. وهذا يعوض نفقاتها الأولية.

متى تختار

اختاري المواد شبه الصلبة عند الحاجة:

اختر عملية صب القوالب شبه الصلبة عند الإنتاج:

• جدران رقيقة (<3 مم)
• قوة عالية (>250 ميجا باسكال)
• أحجام أكبر من 20,000 وحدة/سنة
• تشطيبات نهائية ناعمة (<3.2 ميكرومتر Ra)

الخلاصة:

Semi-solid die casting is made with a higher quality of toughness. It also adds excellent surface finishing with minimal porosity, around 30% less than the regular process.

على الرغم من أن هذه التقنية تستخدم سبائك محددة وإعدادات أولية باهظة الثمن، إلا أنها تصبح فعالة من حيث التكلفة لتصنيع أجزاء تتجاوز 20000 وحدة.

The upcoming market is looking forward to expanding Semi-Solid Die Casting applications across automotive, aerospace, and emerging technologies. It focuses on discovering advancements in process control and tooling as well.

نحن Semi solid die casting manufacturer in China, if you have any semi solid aluminum die casting parts requirement, welcome to contact us.