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.

Che cos'è la pressofusione semisolida?

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.

 Tixotropia e retopessi

1. Refusione (comportamento tixotropico)

Il processo di reocasting viene avviato dopo aver ottenuto un lingotto metallico standard. Può essere la lega di alluminio A356. Gli operai metallurgici fondono questi lingotti alla temperatura iniziale di 650°C in un forno.

Quando questo materiale fuso inizia a raffreddarsi a una temperatura semi-solida di 580°C, gli operatori utilizzano un agitatore meccanico, facendolo ruotare a 500 giri al minuto. In questo modo, le particelle solide si rompono in minuscoli globuli. Le dimensioni sono di 50-100 micron.

L'agitazione rende il comportamento tissotropico. Si tratta di una colata allo stato semisolido con particelle solide 40%. Quando si spinge, scorre in modo molto fluido.

Questo impasto viene successivamente utilizzato per la fusione di componenti versatili di industrie come i componenti delle sospensioni delle automobili.

2. Tixocasting (comportamento reopectico)

Nella tixocastellatura, i produttori utilizzano billette preconfezionate. Si tratta di leghe come il magnesio AZ91D. Di solito, in questo materiale è già presente una microstruttura globulare adeguata.

I metalmeccanici hanno visto per la prima volta queste billette. La loro lunghezza varia in molti casi, ma di solito è di 150 mm. Hanno rifuso queste billette, applicando una temperatura di 575 °C. Questo corrisponde alla tixocastrazione standard. Il processo dura 15 minuti in un forno a induzione, finché il materiale non assume una forma semisolida ideale.

I produttori spingono questo materiale nello stampo a 1 m/s. È molto diverso dal tixotropico, perché non è più sottile. Si tratta invece di una sorta di reopessi.

Questo processo aumenta la viscosità al taglio (10%). Ciò comporta un basso rischio di flusso turbolento e di intrappolamento dell'aria. Quando si fondono componenti come gli involucri dei computer portatili, queste caratteristiche producono superfici più lisce.

In che modo la velocità di taglio controlla il flusso?

Il 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.

Il taglio aumenta quando le porte strette spingono il metallo ad alta velocità. Riempie lo stampo in 0,5 secondi, realizzando prodotti precisi.

Il parametro è l'assottigliamento al taglio. Ciò consente ai lavoratori di gestire il flusso del metallo durante le varie fasi della colata.

Frazione solida

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%.

Condizioni inferiori a 20% rendono il metallo fluido, mentre condizioni troppo elevate, superiori a 60%, danno luogo a una forma più dura. Ciò causa problemi di stampaggio.

Evoluzione della microstruttura

Rispetto alla vecchia struttura dendritica, il metallo semisolido ha una microstruttura globulare o a rosetta. Le particelle sono di forma rotonda, consentendo un flusso più fluido e riducendo al minimo i difetti. Una maggiore resistenza e una qualità superiore sono i risultati fondamentali di questo processo nei prodotti finali.

Processo di pressofusione semisolida

Metodi di generazione del liquame

1. Attivazione della fusione indotta da deformazione (SIMA):

Dopo aver acquistato billette standard, i produttori le filtrano a 300° C. Le mettono poi in forni per riscaldarle a 580° C. In questa matrice liquida si formano particelle sferiche (50μm). Questo è sufficiente per la lavorazione semisolida.

2. Agitazione magnetoidrodinamica (MHD)

Le bobine elettromagnetiche utilizzano una corrente di 500A. Questo permette di effettuare un'agitazione a 600 giri al minuto senza contatto. Con questo processo si forma lo stato solido ideale 40%, evitando la contaminazione.

3. Fusione della pendenza di raffreddamento

Il produttore fa scendere il metallo allo stato fuso a 620°C sul pendio. Di solito si tratta di un pendio in rame con una posizione di 60°.

Utilizzano un raffreddamento più rapido per ottenere un impasto semisolido in più di 3 secondi.

Modifiche all'unità di iniezione

Utilizzare un tipo speciale di manica corta con rivestimenti termici in ceramica. Mantengono la temperatura dell'impasto a 570°C. In modo da poterlo colare senza preoccupazioni durante tutta la fase di iniezione.

Inoltre, i pistoni di precisione garantiscono un riempimento uniforme dello stampo. Funziona con una velocità critica di 0,3-0,8 m/s. Questa caratteristica bilancia le operazioni e riduce la dannosa separazione di fase. Questa avviene tra le particelle liquide e solide dell'impasto.

Considerazioni sulla progettazione degli stampi

Nel caso di sistemi a cancello, è necessario utilizzare una sezione trasversale 30% maggiore rispetto agli stampi convenzionali. Ciò contribuirà a mantenere il corretto flusso dei metalli semisolidi.

Per i sistemi di guide, incorporare curvature graduali. Con un raggio minimo di 20 mm. In questo modo, le tecniche manterranno il flusso laminare del metallo e ridurranno al minimo la turbolenza.

Per quanto riguarda le fessure di ventilazione, sono lavorate con precisione con una larghezza di 0,1 mm. In questo modo si controlla l'intrappolamento dell'aria durante la colata. In questo modo si risolvono anche i problemi di tenuta.

Vantaggi della pressofusione semisolida

Superfici più lisce e dimensioni precise

Il metallo semisolido scorre nelle sezioni dello stampo a una velocità controllata. È molto più lento del metallo liquido. Questo riduce anche le bolle d'aria fino al 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.

Struttura metallica più resistente

Le particelle piccole, rotonde e sagomate dello stato semisolido si compattano in modo abbastanza stretto. Ciò significa che hanno una struttura più densa, con 20% maggiore resistenza quando vengono allungate.

È possibile piegarlo con più forza 15% prima della frattura. Queste parti durano 30% più a lungo con la resistenza alle sollecitazioni ripetute.

Meno fori e difetti

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

Grazie a questo processo vengono eliminati bolle d'aria, fori, restringimenti, crepe e punti ruvidi della superficie.

Risparmio energetico

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:

• Il metallo si riscalda a 580°C invece che a 680°C.
• I flussi più veloci (25%) consumano meno energia.
• Riduce lo spreco di materiale fino al 15% durante il funzionamento.

Costi di produzione ridotti

Poiché i pezzi semisolidi necessitano di un minor numero di macchine per la lucidatura, è possibile risparmiare fino a 40%.

Tra la loro produzione, 5% di pezzi possono essere scartati. Si tratta di meno di 15 % di processi normali.

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

Applicazioni della pressofusione semisolida

Componenti automobilistici critici

I componenti della pressofusione semisolida nell'industria automobilistica sono:

• Snodi dello sterzo
• Supporti motore
• Casi di trasmissione
• Pinze freno

Questo processo produce pezzi molto complessi con dettagli strutturali. Ad esempio, sottotelai e bracci delle sospensioni con struttura cava.

Nei veicoli elettrici (EV), i componenti sono gli alloggiamenti delle batterie e le custodie dei motori. Sono leggeri e resistenti. Inoltre, gestiscono le vibrazioni e le sollecitazioni termiche costanti.

Parti aerospaziali ad alte prestazioni

Lo stato semisolido produce componenti aerospaziali con qualità di precisione. Questi sono:

• Staffe dell'ala
• Componenti del carrello di atterraggio
• Parti di motori a turbina
• Alloggiamenti per radar
• Custodie per avionica
• Satellite

Sono resistenti e hanno un peso ridotto. L'involucro del sistema di guida missilistico ne sfrutta le capacità. Mantengono tolleranze strette in ambienti critici.

Guadagni di prestazioni misurati

Nei test sul campo, le pinze dei freni in fusione semisolida durano 80000 km prima di usurarsi con il vecchio metodo. Inoltre, le parti fuse in aeronautica ottengono 25% una maggiore resistenza alla fatica.

I componenti del settore automobilistico ottengono una migliore resistenza agli urti (15%) durante i crash test.

Applicazioni di mercato in crescita

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

• Alloggiamenti precisi per antenne 5G con guide d'onda da 0,05 mm.
• Vassoio per impianti medici contenente superfici resistenti ai batteri.
• Alloggiamenti per motori di droni con una migliore dissipazione del calore.

Inoltre, i veicoli elettrici utilizzano questo processo per ottenere una planarità di 0,2 mm. Questo su un arco di 300 mm nelle piastre di raffreddamento della batteria.

Materiali utilizzati nella pressofusione semisolida

Designazioni specifiche delle leghe

L'alluminio A356 (AlSi7Mg) e il magnesio AZ91D sono le leghe che funzionano meglio nella pressofusione semisolida. Fondono più rapidamente e in modo più uniforme, creando una struttura ideale.

Poiché la lega A356 presenta un'elevata resistenza, le aziende automobilistiche utilizzano solitamente la lega 70%. Nel frattempo, la lega AZ91D si sposa bene con la fusione di custodie per elettronica leggera.

Proprietà reologiche

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.

Frazioni come Fs=0,48, che sono più alte, mantengono il flusso più denso. Utilizzano una forza maggiore per riempire gli stampi. Questo grafico illustra la situazione per cui i produttori utilizzano Fs tra 0,40 e 0,45 per ottenere la migliore produzione.

Comportamento di solidificazione

I tempi di raffreddamento delle colate A356 si aggirano intorno ai 50°C. Consentono di avere il tempo sufficiente per distribuire il metallo all'interno dello stampo.

Per aumentare questo intervallo, è possibile aggiungere 0,3% di magnesio. Questo per aumentare la temperatura fino a 15°C e migliorare il flusso.

Al contrario, la lega AZ91D assume più rapidamente una forma completamente solida. Tuttavia, produce pezzi con pareti più resistenti e più sottili. Lo spessore può arrivare fino a 2 mm.

Elaborazione secondaria

I pezzi hanno spesso bisogno di meno fasi di lavorazione secondaria. Questo perché è necessaria un'asportazione della superficie di 0,1 mm rispetto a 0,5 mm per le fusioni tradizionali.

Inoltre, il passaggio della lega A356 attraverso il trattamento termico migliora la resistenza fino a 20% senza deformazioni.

Pressofusione semisolida vs. pressofusione tradizionale

Confronto dei parametri di processo

Parametro	Colata semisolida	Colata tradizionale
Temperatura	580-620°C	680-720°C
Pressione di iniezione	50-100 MPa	70-150 MPa
Frazione solida	30-50%	0% (completamente liquido)
Tempo di ciclo	45-60 secondi	30-40 secondi

Struttura del materiale

La struttura globulare della colata semisolida offre una tenacità superiore del 20% rispetto alla struttura della vecchia colata. Contiene circa 2 % di porosità; viceversa, 5,8%.

Fattori di costo

Il costo iniziale, tuttavia, è più elevato fino a 20%. Tuttavia, può risultare conveniente in quanto riduce gli scarti di materiale di circa 15% e i costi di lavorazione fino a 40%. Questo compensa le spese iniziali.

Quando scegliere

Optate per un semisolido quando ne avete bisogno:

Scegliete un processo di pressofusione semisolida quando producete:

• Pareti sottili (<3 mm)
• Alta resistenza (>250 MPa)
• Volumi >20.000 unità/anno
• Finiture lisce (<3,2μm Ra)

Conclusione:

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.

Sebbene la tecnica utilizzi leghe specifiche e costose configurazioni iniziali, diventa economicamente vantaggiosa per la fabbricazione di pezzi superiori a 20000 unità.

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.

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