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.

Co je polotuhé tlakové lití?

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.

 Tixotropie a reopexe

1. Reolitické odlévání (tixotropní chování)

Proces reolastingu se zahajuje poté, co je k dispozici standardní kovový ingot. Tím může být slitina hliníku A356. Obráběči kovů tyto ingoty roztaví při počáteční teplotě 650 °C v peci.

Když se roztavený materiál začne ochlazovat na polotuhou teplotu 580 °C, pracovníci použijí mechanické míchadlo, které se otáčí rychlostí 500 otáček za minutu. Tím se pevné částice rozpadají na malé kuličky. Jejich velikost je 50-100 mikronů.

Míchání způsobuje tixotropní chování. To je odlévání v polotuhém stavu s pevnými částicemi 40%. Při tlačení teče velmi hladce.

Tato suspenze se později používá k odlévání univerzálních průmyslových komponentů, jako jsou součásti zavěšení automobilů.

2. Tixocasting (reopektické chování)

Při tixocastingu používají výrobci předpřipravené polotovary. Jedná se o slitiny, jako je hořčík AZ91D. Obvykle je v tomto materiálu již správná kulovitá mikrostruktura.

Tyto polotovary poprvé spatřili kovodělníci. Jejich délka se v mnoha případech liší, ale obvykle se pohybuje od 150 mm. Tyto předvalky přetavili při teplotě 575 °C. To odpovídá standardnímu odlévání thixocastingem. Proces trvá 15 minut v indukční peci, dokud materiál nezíská ideální polotuhou formu.

Výrobci tlačí tento materiál do formy rychlostí 1 m/s. Tím se značně liší od tixotropního, protože není tenčí. Místo toho se jedná o druh reopexe.

Tento proces zvyšuje viskozitu ve smyku (10%). Výsledkem je nízké riziko turbulentního proudění a zachycení vzduchu. Při odlévání součástí, jako jsou pouzdra notebooků, vytvářejí tyto vlastnosti hladší povrchy.

Jak smyková rychlost řídí průtok?

Na stránkách 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.

Střih se zvyšuje, když úzké brány tlačí kov vysokou rychlostí. Forma se naplní během 0,5 sekundy, čímž se vyrobí přesné výrobky.

Parametrem je smykové ztenčení. To umožňuje pracovníkům řešit tok kovu v různých fázích odlévání.

Pevná frakce

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%.

Nižší podmínky pod 20% způsobují, že kov je tekutý, a příliš vysoké, vyšší než 60%, mají za následek tvrdší formu. To způsobuje potíže ve formě.

Vývoj mikrostruktury

Oproti staré dendritické struktuře má polotvrdý kov kulovitou nebo rozetovou mikrostrukturu. Částice mají kulatý tvar, což umožňuje hladší tok a minimalizuje vady. Základními výsledky tohoto procesu v konečných výstupech jsou lepší pevnost a jemná kvalita.

Proces polotuhého tlakového lití

Metody generování kalů

1. Aktivace taveniny vyvolaná tahem (SIMA):

Po zakoupení standardních sochorů je výrobci cedí při teplotě 300 °C. Poté je vkládají do pecí k opětovnému ohřevu při 580 °C. V této tekuté matrici se vytvoří kulovité částice (50 μm). To je dostatečně dobré pro polotuhé zpracování.

2. Magnetohydrodynamické (MHD) míchání

Elektromagnetické cívky používají proud 500 A. To je práce pro míchání 600 otáček za minutu bez kontaktu. Tímto procesem vzniká ideální pevný stav 40%, který zabraňuje kontaminaci.

3. Odlévání chladicího svahu

Výrobce stéká po svahu z roztaveného kovu o teplotě 620 °C. To je obvykle měděný svah s polohou 60°.

Využívají rychlejšího chlazení, aby polotuhá kaše vznikla za více než 3 sekundy.

Úpravy vstřikovací jednotky

Použijte speciální typ krátkého rukávu s keramickým tepelným povlakem.. Udržují teplotu suspenze na 570 °C. Můžete ji tak odlévat bez obav po celou dobu vstřikování.

Přesně konstruované písty navíc zajišťují rovnoměrné naplnění formy. Pracuje s kritickou rychlostí 0,3-0,8 m/s. Tato vlastnost vyrovnává operace a omezuje škodlivé oddělování fází. K té dochází mezi kapalnými a pevnými částicemi suspenze.

Úvahy o konstrukci matrice

V případě vratových systémů musíte použít 30% větší průřez než u běžných matric. To pomůže udržet správný tok polotuhých kovů.

U systémů s běžeckými pásy začleňte postupné zakřivení. To má minimální poloměr 20 mm. Tímto způsobem techniky udrží laminární proudění kovu a minimalizují turbulence.

Pokud jde o větrací otvory, jsou přesně opracovány na šířku 0,1 mm. Kontrolují zachycování vzduchu při odlévání. V nich se také řeší problémy s netěsnostmi.

Výhody polotuhého tlakového lití

Hladší povrchy a přesné rozměry

Polotuhý kov proudí do zápustek řízenou rychlostí. To je mnohem pomalejší než u tekutého kovu. To také snižuje množství vzduchových bublin až o 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.

Pevnější kovová konstrukce

Malé, kulaté, tvarované částice v polotuhém stavu se na sebe dostatečně těsně nabalují. To znamená, že mají hustší strukturu s 20% větší pevností při natažení.

Před zlomením ji můžete ohnout větší silou 15%. Tyto díly vydrží 30% déle při výdrži opakovaného namáhání.

Méně děr a defektů

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

Díky tomuto procesu se eliminují vzduchové bubliny, díry, smršťování, praskliny a nerovnosti povrchu.

Úspory energie

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:

• Kov se zahřívá na 580 °C místo 680 °C.
• Rychlejší toky (25%) spotřebovávají méně energie.
• Během provozu snižuje materiálový odpad až o 15 %.

Nižší výrobní náklady

Protože polotuhé díly potřebují méně leštících strojů, ušetří se na nich až 40%.

Z jejich výrobní produkce může být vyřazeno 5% dílů. To je méně než 15 % těchto běžných procesů.

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

Aplikace polotuhého tlakového lití

Kritické automobilové komponenty

Součásti polotuhého tlakového lití v automobilovém průmyslu jsou:

• Klouby řízení
• Uchycení motoru
• Případy převodovek
• Brzdové třmeny

Tímto procesem vznikají velmi složité díly s konstrukčními detaily. Například pomocné rámy a ramena zavěšení s dutými konstrukcemi.

U elektromobilů se jedná o kryty baterií a kryty motorů. Jsou lehké a odolné. Také zvládá neustálé vibrace a tepelné namáhání.

Vysoce výkonné letecké díly

V polotuhém stavu se vyrábějí letecké součásti s přesnou kvalitou. Jedná se o:

• Držáky křídel
• Součásti podvozku
• Díly turbínových motorů
• Kryty radarů
• Skříně pro leteckou elektroniku
• Satelit

Jsou odolné a mají nižší hmotnost. Pouzdro naváděcího systému střely je využívá pro své schopnosti. Dodržují přísné tolerance vůči kritickým prostředím.

Měřené zvýšení výkonu

Podle provozních testů vydrží polotuhé lité brzdové třmeny při použití staré metody 80000 km, než se opotřebují. Letecké odlitky navíc získávají 25% větší únavovou odolnost.

Díly v automobilovém průmyslu získávají lepší odolnost proti nárazu (15%) při crash testech.

Rostoucí tržní aplikace

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

• Přesná pouzdra antén 5G s vlnovody o průměru 0,05 mm.
• Zásobník na lékařské implantáty s povrchem odolným proti bakteriím.
• Kryty motorů dronů s lepším odvodem tepla.

Elektromobily navíc tento proces využívají, pokud jde o dosažení rovinnosti 0,2 mm. To je v rozmezí 300 mm u chladicích desek baterie.

Materiály používané při polotuhém tlakovém lití

Specifická označení slitin

Hliník A356 (AlSi7Mg) a hořčík AZ91D jsou slitiny, které se nejlépe hodí pro polotuhé lití. Taví se rychleji a rovnoměrněji a vytvářejí ideální strukturu.

Slitina A356 má vysokou pevnost, a proto ji automobilky obvykle používají 70%. Mezitím se slitina AZ91D dobře hodí k odlévání lehkých skříní pro elektroniku.

Reologické vlastnosti

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.

Frakce jako Fs=0,48, které jsou vyšší, udržují proudění hustší. Využívají větší síly k naplnění matric. Tento graf ukazuje situaci, proč výrobci používají Fs mezi 0,40 a 0,45, aby dosáhli nejlepšího výkonu.

Chování při tuhnutí

A356 odlévání chladne v rozmezí 50 °C. Poskytují dostatek času na rozprostření kovu uvnitř formy.

Chcete-li tento rozsah zvýšit, můžete přidat 0,3% hořčíku. To je pro zvýšení až na 15 °C pro lepší průtok.

Naopak slitina AZ91D nabývá rychleji zcela pevné formy. Vyrábí však díly s pevnějšími a tenčími stěnami. Jsou až o 2 mm silnější.

Sekundární zpracování

Díly často potřebují méně kroků sekundárního zpracování. Je to proto, že je třeba odstranit 0,1 mm povrchu oproti 0,5 mm u běžných odlitků.

Tepelné zpracování slitiny A356 také přináší zvýšení pevnosti až na 20% bez deformací.

Polotuhé lití vs. tradiční tlakové lití

Srovnání parametrů procesu

Parametr	Polotuhé lití	Tradiční odlévání
Teplota	580-620°C	680-720°C
Vstřikovací tlak	50-100 MPa	70-150 MPa
Pevná frakce	30-50%	0% (plně tekutý)
Doba cyklu	45-60 sekund	30-40 sekund

Struktura materiálu

Kulovitá struktura v polotuhém odlitku poskytuje o 20 % vyšší houževnatost než stará struktura odlitku. Obsahuje přibližně 2 % pórovitosti; naopak 5,8%.

Nákladové faktory

Počáteční náklady jsou však vyšší až do 20%. Bez ohledu na to může být nákladově efektivní, protože snižuje odpad materiálu přibližně o 15% a náklady na obrábění až o 40%. To kompenzuje počáteční náklady.

Kdy si vybrat

V případě potřeby zvolte polotuhé:

Při výrobě zvolte polotuhý proces tlakového lití:

• Tenké stěny (<3 mm)
• Vysoká pevnost (>250 MPa)
• Objem >20 000 jednotek/rok
• Hladké povrchy (<3,2 μm Ra)

Závěr:

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.

Ačkoli tato technika využívá specifické slitiny a nákladné počáteční nastavení, stává se nákladově efektivní pro výrobu dílů přesahujících 20000 kusů.

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.

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