本发明涉及半固态合金材料，具体涉及一种高均匀度的半固态合金及其成形工艺。
背景技术：
1、半固态触变加工技术是利用合金或金属基复合材料在半固态温度保温一定时间后所具备的触变流动性，通过采取锻造、挤压等方式加工形状复杂且力学性能较高的制件。由于半固态坯料的加热和输送过程较为简单，易于实现批量化生产，因此半固态触变成形技术获得了广泛的关注。
2、然而半固态加工技术存在一些难以解决的问题，比如偏析现象导致的半固态制件组织不均匀的情况。偏析现象是因为在成形载荷下，坯料内固相和液相不同的变形和流动行为导致的固液分离现象，因为液相中含有大量的合金元素，最终导致组织不均匀，从而严重影响了半导体制件的性能，阻碍了半固态技术的产业化。
3、cn107199321a公开了一种时变控制半固态成形工艺，其通过第一步成形中较快的应变速率缩短液相外流的时间，进而在完成部分成形的同时抑制液相的偏析。而通过在第二步成形之前的冷却，降低各个部位液相体积比，使得第二步成形过程中，一方面，较少的液相不足以形成外流通路，保证制件组织均匀性；另一方面，较多的固相在塑性变形过程中所发生的再结晶等微观组织演变实现晶粒的进一步细化，有助于提高制件的力学性能。上述工艺流程过于繁杂，特别需要严格控制第一步成形的参数以防止在第一步成形时发生严重的液相偏析。
技术实现思路
1、基于此，有必要提供一种高均匀度的半固态合金成形工艺。
2、一种高均匀度的半固态合金成形工艺，包括如下步骤：
3、获取待成形合金材料的半固态温度区间；
4、将模具的下模的温度预热至预设温度，所述预设温度比半固态温度区间的下限低50~100℃，将模具的上模预热至成形温度，其中，所述成形温度低于所述预设温度；具体地，成形温度为现有技术中半固态合金的成形温度，例如为350~400℃。半固态温度区间的下限指半固态温度区间内的最小值。
5、以所述待成形材料为原料制备半固态合金坯料，其中，所述半固态合金坯料包括第一区域和第二区域，所述第一区域的液相体积分数大于所述第二区域的液相体积分数；
6、将所述半固态合金坯料置于所述模具中进行压铸，其中，所述第一区域对应所述上模设置，第二区域对应所述下模设置。
7、上述高均匀度的半固态合金成形工艺，第二区域的液相体积分数低、固含量较高，在压铸成形过程中能够与第一区域混合，一方面，第二区域较低的液相含量使其内部难以产生液相流动的通道，从而避免第二区域产生液相偏析，且第二区域中更多的固相在压铸过程与第一区域混合，对第一区域的液相流动产生阻碍。另一方面，传统成形过程中高液相体积的固体颗粒容易聚集在下模，而本发明的第二区域相当于可形变的“下模”，可以带动第一区域中的固相颗粒移动，促进液相和固相均匀混合成形，避免第一区域发生液相偏析。通过第一区域和第二区域的配合，能够避免半固态合金坯料发生偏析现象，从而可以制得高均匀的半固态镁合金。该高均匀度的半固态合金成形工艺需要严格控制的参数较少，主要利用了材料相异温度下的物理性质，配合模具来提升半固态合金的均匀性，可操作空间较大，利于半固态合金的产业化生产。
8、在其中一个实施例中，所述待成形合金材料为镁合金材料，通过发明人的试验发现，镁金属材料尤其适用于通过成形工艺实现高均匀度。例如，镁合金材料为az91d镁合金。又例如，镁合金材料为mg-y-gd-zn-zr合金。在其中一个实施例中，成形温度为300~450℃，在这个温度范围内，半固态镁合金坯料置于模具后能够取得较好的成形效果。
9、在其中一个实施例中，所述第一区域的液相体积分数为25~35%，所述第二区域的液相体积分数为10~15%。这样，第一区域和第二区域具有液相体积不同的设置，第一区域的液相体积分数高，而第二区域的液相体积分数低。固相体积分数较高的第二区域，具有较好的推动或挤压作用，能够推动第一区域的固相颗粒，且本身较少的液相也不容易汇聚成流动通道，避免了液相偏析，尤其在液相体积分数10~15%之间，能够更好的避免液相偏析。若第一区域的液相含量过低，甚至与第二区域接近，此时会影响到坯料的加工性能。若第一区域的液相含量过高，液相流动过快，此时第二区域的设置也难以改善第一区域的液相偏析。若第二区域的液相含量过高，则其自身会发生液相偏析；若第二区域的液相含量过低，则会影响到坯料的加工性能。
10、在其中一个实施例中，所述将所述半固态合金坯料置于所述模具中进行压铸的步骤中，压铸的挤出速率为50~150mm/s。在该挤出范围内，半固态合金坯料能够更均匀地混合成形。
11、在其中一个实施例中，所述第一区域占所述半固态合金坯料的重量分数为60~80%。第一区域占据半固态合金坯料较大的比重，从而当第一区域被较好地成形时，半固态合金的成品也具备较好的成形性能。
12、在其中一个实施例中，所述第一区域占所述半固态合金坯料的重量分数为65~70%，经研究，第一区域占比重65~70%，能够更好地与第二区域相配合，从而使得半固态合金获得更高的均匀性。
13、在其中一个实施例中，所述半固态合金坯料的制备方法包括：
14、以待成形合金材料为原料制备得到初始合金坯料，其中，所述初始合金坯料包括第一区域和第二区域；本实施例中，第一区域和第二区域沿初始合金坯料的厚度方向分布，且第一区域和第二区域为层状结构，由此更好地与模具相匹配。
15、将第一区域加热至液相体积分数为25~35%，且将第二区域加热至液相体积分数为10~15%，得到所述半固态合金坯料。例如，通过电磁感应加热或红外加热来精准地对第一区域或第二区域进行加热，且能够一定程度上穿透第一区域和第二区域进行加热，使得第一区域和第二区域被均匀地加热至预设的液相体积分数。
16、在其中一个实施例中，所述获取待成形合金材料的半固态温度区间的步骤中，通过dsc差热分析获取待成形合金材料的半固态温度区间。差示扫描量热(differentialscanning calorimetry，简称dsc)是在程序控温过程中，通过检测器定量测出试样吸收或放出的热量，研究试样的热变化，进而能够获得待成形合金材料的半固态温度区间。
17、在其中一个实施例中，所述半固态合金坯料还包括第三区域，所述第三区域设置于所述第一区域远离所述第二区域的一侧，所述第一区域的液相体积分数大于所述第三区域的液相体积分数；
18、所述第一区域通过所述第三区域对应于所述上模设置。本实施例中，通过第二区域和第三区域共同夹持第一区域，从而相当于通过可变形的模具压铸第一区域，带动第一区域中的固相颗粒移动，促进液相和固相均匀混合成形，避免第一区域发生液相偏析。
19、第二方面，提供一种高均匀度的半固态合金，通过如上述任一实施例中所述的半固态合金成形工艺制得。通过上述的半固态合金成形工艺制得制得的半固态合金，微观组织的均匀度较高。
1.一种高均匀度的半固态合金成形工艺，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的高均匀度的半固态合金成形工艺，其特征在于，所述待成形合金材料为镁合金材料。
3.根据权利要求2所述的高均匀度的半固态合金成形工艺，其特征在于，所述第一区域的液相体积分数为25~35%，所述第二区域的液相体积分数为10~15%。
4.根据权利要求1所述的高均匀度的半固态合金成形工艺，其特征在于，所述将所述半固态合金坯料置于所述模具中进行所述压铸的步骤中，所述压铸的挤出速率为50~150mm/s。
5.根据权利要求1所述的高均匀度的半固态合金成形工艺，其特征在于，所述第一区域占所述半固态合金坯料的重量分数为60~80%。
6.根据权利要求5所述的高均匀度的半固态合金成形工艺，其特征在于，所述第一区域占所述半固态合金坯料的重量分数为65~70%。
7.根据权利要求1所述的高均匀度的半固态合金成形工艺，其特征在于，所述半固态合金坯料的制备方法包括：
8.根据权利要求1所述的高均匀度的半固态合金成形工艺，其特征在于，所述获取待成形合金材料的所述半固态温度区间的步骤中，通过dsc差热分析获取所述待成形合金材料的所述半固态温度区间。
9.根据权利要求1所述的高均匀度的半固态合金成形工艺，其特征在于，所述半固态合金坯料还包括第三区域，所述第三区域设置于所述第一区域远离所述第二区域的一侧，所述第一区域的液相体积分数大于所述第三区域的液相体积分数；
10.一种高均匀度的半固态合金，其特征在于，通过如权利要求1-9任一项中所述的半固态合金成形工艺制得。
