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.

Hvad er halvfast trykstøbning?

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.

 Thixotropi og rheopexi

1. Rheocasting (tixotropisk adfærd)

Processen med rheocasting indledes, når man har en standard metalbarre. Det kan være aluminiumslegering A356. Metalarbejdere smelter disse barrer ved en begyndelsestemperatur på 650 °C i en ovn.

Når dette smeltede materiale begynder at køle ned til en halvfast temperatur på 580 °C, bruger arbejderne en mekanisk omrører, som roterer med 500 omdrejninger i minuttet. På den måde brydes de faste partikler op i bittesmå kugler. De er 50-100 mikrometer store.

Omrøringen skaber tiksotropisk adfærd. Det er støbning i halvfast tilstand med 40% faste partikler. Det flyder meget jævnt, når du skubber.

Denne slam bruges senere til støbning af alsidige komponenter i industrien, f.eks. komponenter til bilophæng.

2. Thixocasting (reopektisk adfærd)

Ved thixocasting bruger producenterne færdiglavede emner. Det er en slags legeringer som f.eks. magnesium AZ91D. Normalt er der allerede en ordentlig kugleformet mikrostruktur i dette materiale.

Metalarbejderne så først disse billets. Deres længder varierer i mange tilfælde, men de ligger normalt på 150 mm. De smeltede dem om ved en temperatur på 575 °C. Det stemmer overens med standard thixocasting. Processen varer 15 minutter i en induktionsovn, indtil materialet får en ideel halvfast form.

Producenterne skubber dette materiale ind i formen med 1 m/s. Det er helt anderledes end thixotropic, fordi det ikke er tyndere. I stedet er det en slags rheopexy.

Denne proces øger viskositeten under forskydning (10%). Dette resulterer i lav risiko for turbulent flow og luftindeslutning. Når de støber komponenter som kabinetter til bærbare computere, giver disse egenskaber glattere overflader.

Hvordan styrer forskydningshastigheden flowet?

Den 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.

Forskydningen øges, når smalle porte skubber metallet ved høje hastigheder. Den fylder formen inden for 0,5 sekunder og fremstiller præcise produkter.

Forskydningstyndingen er parameteren. Det gør det muligt for arbejderne at håndtere metalflowet i de forskellige faser af støbningen.

Fast fraktion

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%.

Lavere forhold end 20% gør metallet flydende, og for høje forhold, mere end 60%, resulterer i en hårdere form. Det giver problemer i formen.

Mikrostrukturens udvikling

I forhold til den gamle dendritiske struktur har halvfast metal en kugleformet eller rosetlignende mikrostruktur. Partiklerne er runde, hvilket giver et mere jævnt flow og minimerer defekter. Forbedret styrke og fin kvalitet er de grundlæggende resultater af denne proces i det endelige output.

Semi-fast trykstøbningsproces

Metoder til generering af gylle

1. Belastningsinduceret smelteaktivering (SIMA):

Når producenterne har købt standardblokke, filtrerer de dem ved 300° C. Derefter lægger de dem i ovne til genopvarmning ved 580° C. I denne flydende matrix dannes der sfæriske partikler (50 μm). Det er godt nok til halvfast forarbejdning.

2. Magnetohydrodynamisk (MHD) omrøring

Elektromagnetiske spoler bruger 500A strøm. Det giver en omrøring på 600 rpm uden kontakt. 40% ideel fast tilstand dannes som et resultat af denne proces, så man undgår kontaminering.

3. Støbning af kølehældning

Producenten lader det smeltede metal ved 620 °C flyde ned ad skråningen. Det er normalt en kobberhældning med en 60°-position.

De bruger hurtigere afkøling for at få en halvfast gylle på mere end 3 sekunder.

Modifikationer af indsprøjtningsenheden

Brug en særlig type kort ærme med keramisk termisk belægning. De holder temperaturen på opslæmningen på 570°C. Så du kan støbe den uden at bekymre dig under hele indsprøjtningsfasen.

Derudover sikrer præcisionsudviklede stempler, at formen fyldes jævnt. Den arbejder med en kritisk hastighed på 0,3-0,8 m/s. Denne funktion afbalancerer driften og reducerer skadelig faseseparation. Det sker mellem gyllens flydende og faste partikler.

Overvejelser om formdesign

Du skal bruge et 30% større tværsnitsareal end konventionelle matricer, når det drejer sig om slusesystemer. Det vil hjælpe med at opretholde et korrekt flow af halvfaste metaller.

Til løbesystemer skal der indbygges gradvise krumninger. Den skal have en radius på mindst 20 mm. Ved at gøre dette vil teknikkerne opretholde et laminært metalflow og minimere turbulens.

Når vi taler om udluftningsspalter, er de præcist bearbejdet til 0,1 mm bredde. Det vil kontrollere luftindeslutning under støbning. Heri håndterer de også problemer med lækage.

Fordele ved halvfast trykstøbning

Glattere overflader og præcise størrelser

Halvfast metal flyder ind i formsektioner med en kontrolleret hastighed. Det er meget langsommere end flydende metal. Det reducerer også luftboblerne med op til 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.

Stærkere metalstruktur

De små, runde, formede partikler i halvfast tilstand pakker sig tæt nok sammen. Det betyder, at de har en tættere struktur med 20% større styrke, når de strækkes.

Du kan bøje den med mere kraft 15% før brud. Disse dele holder 30% længere med udholdenhed af gentagen stress.

Færre huller og defekter

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

Luftbobler, huller, krympning, revner og ujævne overflader elimineres på grund af denne proces.

Energibesparelser

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:

• Metallet opvarmes ved 580°C i stedet for 680°C.
• Hurtigere flows (25%) bruger mindre energi.
• Det reducerer materialespild med op til 15 procent under drift.

Lavere produktionsomkostninger

Fordi de halvfaste dele har brug for færre poleringsmaskiner, sparer man op til 40% på det.

Blandt deres produktionsoutput kan 5% dele blive afvist. Det er mindre end 15 % af de normale processer.

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

Anvendelser af halvfast trykstøbning

Kritiske komponenter til biler

Delene af halvfast trykstøbning i bilindustrien er:

• Styretøjsled
• Motorophæng
• Transmissionskasser
• Bremsekalibre

Denne proces producerer meget komplekse dele med strukturelle detaljer. For eksempel underrammer og ophængningsarme med hule konstruktioner.

I elbiler er delene batterihuse og motorkabinetter. De er lette og holdbare. De håndterer også konstante vibrationer og termiske belastninger.

Højtydende dele til luft- og rumfart

Den halvfaste tilstand producerer rumfartskomponenter med præcisionskvalitet. Disse er:

• Vingebeslag
• Komponenter til landingsstel
• Dele til turbinemotorer
• Radarkasser
• Kabinetter til flyelektronik
• Satellit

De er holdbare og vejer mindre. Missilstyringssystemets kabinet udnytter det til sin formåen. De holder snævre tolerancer i kritiske miljøer.

Målte præstationsgevinster

I felttest holder halvfast støbte bremsekalibre 80000 km, før de slides op med den gamle metode. Desuden får støbte dele til fly 25% mere udmattelsesmodstand.

Delene til bilindustrien får bedre slagfasthed (15%), når de bruges i kollisionstests.

Voksende markedsapplikationer

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

• Præcise 5G-antennehuse med 0,05 mm bølgeledere.
• Medicinsk implantatbakke med bakterieresistente overflader.
• Drone-motorhuse med bedre varmeafledning.

Desuden bruger elbiler denne proces til at opnå en planhed på 0,2 mm. Det er på tværs af 300 mm spændvidde i batteriets køleplader.

Materialer brugt i halvfast trykstøbning

Specifikke legeringsbetegnelser

Aluminium A356 (AlSi7Mg) og magnesium AZ91D er de legeringer, der fungerer bedst i halvfast trykstøbning. De smelter hurtigere og mere jævnt og skaber en ideel tekstur.

Fordi der er høj styrke i A356-legeringen, er det derfor, bilvirksomheder normalt bruger den 70%. I mellemtiden passer legeringen AZ91D godt til støbning af letvægtselektronikkasser.

Reologiske egenskaber

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.

Fraktioner som Fs=0,48, som er højere, holder flowet tykkere. De bruger mere kraft til at fylde matricerne. Denne graf viser, hvorfor producenterne bruger Fs mellem 0,40 og 0,45 for at få det bedste output.

Opførsel ved størkning

A356-støbning afkøles i 50°C-området. De giver dig tid nok til at sprede metallet inde i formen.

For at øge dette interval kan du tilføje 0,3% magnesium. Det er for at øge temperaturen til 15 °C og få et bedre flow.

Omvendt får legeringen AZ91D hurtigere en helt fast form. Det giver dog dele med stærkere og tyndere vægge. De er op til 2 mm tykkere.

Sekundær forarbejdning

Delene har ofte brug for færre trin i den sekundære forarbejdning. Det skyldes, at det kræver 0,1 mm overfladefjernelse mod 0,5 mm for konventionelle støbninger.

Når A356-legeringen gennemgår varmebehandling, forbedres styrken op til 20% uden forvridning.

Halvfast trykstøbning vs. traditionel trykstøbning

Sammenligning af procesparametre

Parameter	Halvfast støbning	Traditionel støbning
Temperatur	580-620°C	680-720°C
Indsprøjtningstryk	50-100 MPa	70-150 MPa
Fast fraktion	30-50%	0% (fuldt flydende)
Cyklustid	45-60 sekunder	30-40 sekunder

Materialestruktur

Den kugleformede struktur i halvfast støbning giver 20 procent højere sejhed end den gamle støbnings struktur. Den indeholder ca. 2 % porøsitet; omvendt 5,8%.

Omkostningsfaktorer

Startomkostningerne er dog højere op til 20%. Uanset hvad kan det være omkostningseffektivt, da det reducerer materialespild med omkring 15% og bearbejdningsomkostninger med op til 40%. Det opvejer de indledende omkostninger.

Hvornår skal man vælge

Vælg halvfast, når du har brug for det:

Vælg en halvfast trykstøbningsproces, når du producerer:

• Tynde vægge (<3mm)
• Høj styrke (>250 MPa)
• Mængder >20.000 enheder/år
• Glatte overflader (<3,2 μm Ra)

Konklusion:

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.

Selvom teknikken bruger specifikke legeringer og dyre indledende opsætninger, bliver den omkostningseffektiv til fremstilling af dele, der overstiger 20000 enheder.

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.

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