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.

Mi az a félszilárd öntés?

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.

 Tixotrópia és reopexia

1. Rheocasting (tixotróp viselkedés)

A reoöntési folyamatot egy szabványos fémtömb után indítják el. Ez lehet A356-os alumíniumötvözet. A fémmegmunkálók ezeket az ingotokat 650°C-os kezdeti hőmérsékleten olvasztják meg egy kemencében.

Amikor ez az olvadt anyag 580 °C-os félig szilárd hőmérsékleten kezd lehűlni, a munkások egy mechanikus keverőt használnak, amelyet 500 fordulat/perc sebességgel forgatnak. Ezáltal a szilárd részecskék apró gömböcskékre törnek. Ennek mérete 50-100 mikron.

A keverés tixotróp viselkedést eredményez. Ez a félig szilárd állapotú öntés 40% szilárd részecskékkel. Nagyon simán folyik, amikor nyomja.

Ezt az iszapot később sokoldalú ipari alkatrészek, például autófelfüggesztési alkatrészek öntésére használják.

2. Thixocasting (reopektikus viselkedés)

A thixocasting során a gyártók előre elkészített tuskókat használnak. Ezek olyan ötvözetek, mint például az AZ91D magnézium. Ebben az anyagban általában már megfelelő gömbölyded mikroszerkezet van.

A fémművesek látták először ezeket a tuskókat. Hosszuk sok esetben változik, de általában 150 mm között mozog. Ezeket a tuskókat 575 °C-os hőmérsékleten olvasztották újra. Ez megfelel a szabványos tixoköntésnek. A folyamat 15 percig tart egy indukciós kemencében, amíg az anyag ideális félszilárd formát vesz fel.

A gyártók ezt az anyagot 1 m/s sebességgel nyomják a formába. Ez egészen más, mint a tixotróp, mert nem vékonyabb. Ehelyett ez egyfajta reopexia.

Ez a folyamat növeli a nyírás alatti viszkozitást (10%). Ez a turbulens áramlás és a levegő beszorulásának alacsony kockázatát eredményezi. Amikor olyan alkatrészeket öntenek, mint a laptopok burkolata, ezek a jellemzők simább felületeket eredményeznek.

Hogyan szabályozza a nyírási sebesség az áramlást?

A 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.

A nyírás akkor növekszik, amikor a keskeny kapuk nagy sebességgel nyomják a fémet. A szerszámot 0,5 másodperc alatt tölti ki, precíz termékeket gyártva.

A nyírási elvékonyodás a paraméter. Ez lehetővé teszi a dolgozók számára, hogy az öntés különböző szakaszaiban a fém áramlását kezeljék.

Szilárd frakció

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%.

A 20% alatti alacsonyabb feltételek a fémet folyékonnyá teszik, a túl magas, 60%-nél magasabb értékek pedig keményebb formát eredményeznek. Ez gondot okoz a penészben.

Mikroszerkezet fejlődése

A régi dendritikus szerkezethez képest a félig szilárd fém gömbölyded vagy rozettaszerű mikroszerkezetű. A részecskék kerek alakúak, ami simább áramlást tesz lehetővé és minimalizálja a hibákat. A jobb szilárdság és a finom minőség a végtermékekben ennek az eljárásnak az alapvető eredménye.

Félszilárd öntési folyamat

Hígtrágya előállítási módszerek

1. Húzás-indukált olvadás-aktiválás (SIMA):

A szabványos tuskók megvásárlása után a gyártók 300 °C-on rostálják őket. Ezután 580 °C-on történő újramelegítésre kemencékbe helyezik őket. Ebben a folyékony mátrixban gömb alakú részecskék képződnek (50μm). Ez elég jó a félszilárd feldolgozáshoz.

2. Magnetohidrodinamikai (MHD) keverés

Az elektromágneses tekercsek 500A áramot használnak. Ez a munka 600 fordulat/perces keverést tesz lehetővé érintkezés nélkül. A 40% ideális szilárd halmazállapot alakul ki ezzel a folyamattal, elkerülve a szennyeződést.

3. Hűtési lejtő öntése

A gyártó a 620 °C-os fém olvadt állapotában folyik le a lejtőn. Ez általában egy réz lejtő 60°-os állással.

Gyorsabb hűtést alkalmaznak, hogy több mint 3 másodperc alatt félszilárd iszapot kapjanak.

A befecskendező egység módosításai

Használjon speciális típusú rövid hüvelyt kerámia termikus bevonattal.. Az iszap hőmérsékletét 570 °C-on tartják. Így a befecskendezési fázis során aggodalom nélkül öntheti azt.

Ezen túlmenően a precíziósan megtervezett dugattyúk biztosítják a forma egyenletes kitöltését. 0,3-0,8 m/s kritikus sebességgel működik. Ez a tulajdonság kiegyensúlyozza a műveleteket és csökkenti a káros fázisszétválást. Ez az iszap folyékony és szilárd részecskéi között történik.

Szerszámtervezési megfontolások

A kapurendszerek esetében a hagyományos szerszámoknál 30% nagyobb keresztmetszetű szerszámokat kell használni. Ez segíti a félig szilárd fémek megfelelő áramlásának fenntartását.

A futórendszerek esetében építsen be fokozatos görbületeket. Ez legalább 20 mm sugarú. Ezzel a technikák fenntartják a lamináris fémáramlást és minimalizálják a turbulenciát.

A szellőzőnyílásokról szólva, ezek pontosan megmunkáltak 0,1 mm szélességűek. Ez szabályozza a levegő beszorulását az öntés során. Amelyben a szivárgási problémákat is kezelik.

A félszilárd öntés előnyei

Simább felületek és pontosabb méretek

A félig szilárd fém szabályozott sebességgel áramlik a szerszámrészekbe. Ez sokkal lassabb, mint a folyékony fém. Ez is csökkenti a légbuborékokat akár 90 %-vel.

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.

Erősebb fémszerkezet

A félszilárd állapot apró, kerek, formás részecskéi elég szorosan összecsomagolódnak. Ez azt jelenti, hogy sűrűbb szerkezetűek, 20% nagyobb szilárdsággal rendelkeznek nyújtáskor.

A törés előtt nagyobb erővel 15% hajlíthatja meg. Ezek az alkatrészek 30% hosszabb ideig bírják az ismételt igénybevételt.

Kevesebb lyuk és hiba

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

A légbuborékok, lyukak, zsugorodások, repedések és durva felületi foltok megszűnnek ennek a folyamatnak köszönhetően.

Energiamegtakarítás

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:

• A fém 680 °C helyett 580 °C-on melegszik fel.
• A gyorsabb áramlások (25%) kevesebb energiát használnak.
• Működés közben akár 15 százalékkal csökkenti az anyaghulladékot.

Alacsonyabb termelési költségek

Mivel a félszilárd alkatrészek kevesebb polírozógépet igényelnek, akár 40%-t is megtakarítanak rajta.

Termelési teljesítményük közül 5% alkatrész selejtes. Ez kevesebb, mint 15 % a normál folyamatok közül.

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

A félszilárd öntés alkalmazásai

Kritikus autóipari alkatrészek

A félig szilárd öntvények az autóiparban a következők:

• Kormánycsuklók
• Motortartók
• Sebességváltóházak
• Féknyergek

Ez az eljárás rendkívül összetett, szerkezeti részletekkel rendelkező alkatrészeket eredményez. Például üreges kialakítású segédvázak és felfüggesztőkarok.

Az EV-kben (elektromos járművek) az alkatrészek az akkumulátorházak és a motorházak. Ezek könnyűek és tartósak. Emellett kezelik az állandó rezgéseket és a hőterhelést.

Nagy teljesítményű repülőgép-alkatrészek

A félszilárd állapot precíziós minőségű repülőgép-alkatrészeket eredményez. Ezek a következők:

• Szárnyas konzolok
• A futómű alkatrészei
• Turbinamotor alkatrészek
• Radarházak
• Avionikai burkolatok
• Műholdas

Tartósak és kisebb súlyúak. A rakétairányító rendszer burkolatának képességét kihasználja. Szoros tűréseket tartanak a kritikus környezetben.

Mérhető teljesítménynövekedés

A helyszíni tesztek szerint a félig szilárd öntött féknyergek a régi módszerrel 80000 km-t bírnak ki, mielőtt elkopnának. Továbbá a repülőgépek öntött alkatrészei 25% nagyobb fáradásállóságot kapnak.

Az autóipari ágazatok alkatrészei jobb ütésállóságot (15%) érnek el a töréstesztek során.

Növekvő piaci alkalmazások

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

• Precíz 5G antennaházak 0,05 mm-es hullámvezetőkkel.
• Baktériumálló felületeket tartalmazó orvosi implantátumtálca.
• Drónmotorházak jobb hőelvezetéssel.

Ezenkívül az elektromos járművek ezt az eljárást használják a 0,2 mm-es síkosság eléréséhez. Ez az akkumulátor hűtőlemezeinek 300 mm-es átmérőjénél van.

A félszilárd öntvényekben használt anyagok

Speciális ötvözet jelölések

Az A356 alumínium (AlSi7Mg) és az AZ91D magnézium ötvözetek a legjobban beváltak a félig szilárd öntvényeknél. Gyorsabban és egyenletesebben olvadnak, és ideális textúrát hoznak létre.

Mivel az A356 ötvözetben nagy szilárdság van, ezért az autóipari vállalatok általában 70%-t használnak. Eközben az AZ91D ötvözet jól megy a könnyű elektronikai tokok öntéséhez.

Reológiai tulajdonságok

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.

Az olyan frakciók, mint Fs=0,48, amelyek magasabbak, az áramlás sűrűsödését tartják fenn. Több erőt használnak a szerszámok kitöltéséhez. Ez a grafikon azt a helyzetet mutatja be, hogy a gyártók miért használnak 0,40 és 0,45 közötti Fs-t a legjobb teljesítmény elérése érdekében.

Megszilárdulási viselkedés

Az A356 öntés lehűlése az 50°C-os tartományban. Ezek elegendő időt biztosítanak a fém szétterítéséhez az öntőformában.

E tartomány növeléséhez 0,3% magnéziumot adhat hozzá. Ezzel 15°C-ig növelheti a jobb áramlás érdekében.

Ezzel szemben az AZ91D ötvözet gyorsabban veszi fel a teljesen szilárd formát. Ez azonban erősebb, vékonyabb falú alkatrészeket eredményez. Ezek akár 2 mm-rel vastagabbak is lehetnek.

Másodlagos feldolgozás

Az alkatrészek gyakran kevesebb másodlagos feldolgozási lépést igényelnek. Ennek oka, hogy 0,1 mm-es felületeltávolítás szükséges, szemben a hagyományos öntvények 0,5 mm-es felületeltávolításával.

Az A356 ötvözet hőkezelésen történő átvezetése szintén javítja a szilárdságot a 20%-ig, de nem vetemedik.

Félszilárd öntés vs. hagyományos öntés

Folyamatparaméterek összehasonlítása

Paraméter	Félszilárd öntés	Hagyományos öntés
Hőmérséklet	580-620°C	680-720°C
Befecskendezési nyomás	50-100 MPa	70-150 MPa
Szilárd frakció	30-50%	0% (teljesen folyékony)
Ciklusidő	45-60 másodperc	30-40 másodperc

Anyagszerkezet

A félszilárd öntvény gömbölyded szerkezete 20 százalékkal nagyobb szívósságot biztosít, mint a régi öntvény szerkezete. Körülbelül 2 % porozitást tartalmaz; fordítva, 5,8%.

Költségtényezők

A kezdeti költségek azonban 20%-ig magasabbak. Ettől függetlenül költséghatékony lehet, mivel körülbelül 15%-tel csökkenti az anyaghulladékot és 40%-ig csökkenti a megmunkálási költségeket. Ez ellensúlyozza a kezdeti költségeket.

Mikor válasszon

Válassza a félig szilárdat, ha szükséges:

A gyártás során válasszon félszilárd öntési eljárást:

• Vékony fal (<3mm)
• Nagy szilárdság (>250 MPa)
• Mennyiségek > 20 000 db/év
• Sima felületek (<3,2μm Ra)

Következtetés:

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.

Bár a technika speciális ötvözeteket és drága kezdeti beállításokat használ, a 20000 darabot meghaladó alkatrészek gyártása esetén válik költséghatékonnyá.

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.

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