近期，南昌大學(xué)劉勇教授團(tuán)隊聯(lián)合上海交通大學(xué)、伯樂智能裝備股份有限公司等，在《特種鑄造及有色合金》（2026年第46卷）上發(fā)表了綜述論文《鎂基材料半固態(tài)壓鑄成形研究進(jìn)展與展望》。該文系統(tǒng)梳理了鎂基材料半固態(tài)壓鑄的制漿方法、工藝調(diào)控、性能研究，并重點(diǎn)介紹了半固態(tài)注射成型技術(shù)零部件中常出現(xiàn)的典型缺陷及工業(yè)化現(xiàn)狀。

01 半固態(tài)壓鑄的核心優(yōu)勢與制漿路線

相比傳統(tǒng)液態(tài)壓鑄，半固態(tài)漿料（固-液共存）具有充型平穩(wěn)、凝固收縮小、模具熱沖擊低、組織均勻等顯著優(yōu)勢，能有效減少飛濺、卷氣等卷入性缺陷，提升鑄件力學(xué)性能。

論文將制漿路線分為兩大類：

•流變成形：將熔融金屬液冷卻至半固態(tài)區(qū)間制漿，典型方法包括機(jī)械/電磁/氣體攪拌、超聲振動、冷卻通道法、近液相線鑄造及引晶法等，各有對漿料純度、固相形貌控制的差異化特點(diǎn)。

•觸變成形：將具非枝晶組織的金屬坯料（可通過變形法、等溫?zé)崽幚怼⒎勰┮苯鸬阮A(yù)制）加熱至半固態(tài)區(qū)間獲得漿料。其中半固態(tài)注射成型是對于鎂合金的比較獨(dú)特的一種專用方法，直接使用鎂合金顆粒，其初始組織比較粗大，當(dāng)通過螺桿加熱+剪切制漿-射出一體化，其組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵О牍虘B(tài)組織，而且無需熔煉與SF?保護(hù)氣，是當(dāng)前工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用的主流方向。

02 關(guān)鍵工藝參數(shù)對成形質(zhì)量的影響

半固態(tài)成型質(zhì)量受多參數(shù)協(xié)同調(diào)控：

•漿料溫度/固相率：溫度過低（固相率過高）易致冷隔、充型不滿及液相偏析；溫度過高（固相率過低）弱化半固態(tài)成型過程優(yōu)勢，易卷氣。需匹配材料特性精準(zhǔn)調(diào)控工藝窗口。

•壓鑄速度：對氣孔、氧化夾雜影響最顯著。適當(dāng)降低壓射速度（如流變壓鑄AM60B合金建議＜4m/s）利于層流充型、減少缺陷，兼顧生產(chǎn)節(jié)奏即可。

•模具溫度：通常需要模具預(yù)熱，尤其薄壁件要提升充型能力；而厚壁件久產(chǎn)則需控溫冷卻，保障批次一致性。在3C產(chǎn)品常有最優(yōu)模溫區(qū)間平衡強(qiáng)韌性與外觀表現(xiàn)。

•鑄造壓力：高壓促進(jìn)形核、細(xì)化晶粒、提升致密度與固溶強(qiáng)化效果，但過高會易導(dǎo)致固液分離及組織偏析。

03 注射成型常見缺陷與抑制思路

綜述歸納了一些半固態(tài)注射成型典型缺陷機(jī)理：

•孔隙（氣孔/縮松）：源于氣體析出或卷氣。可通過優(yōu)化注射速度、改進(jìn)澆口避免漿料直接沖擊模壁，以及優(yōu)化凝固順序助補(bǔ)縮來改善。致密度高的半固態(tài)成型零部件支持后續(xù)T6熱處理。

•冷隔：半固態(tài)漿料前沿焊合通常不及液態(tài)金屬。采用相對高的漿料溫度+較低壓射速度、設(shè)置溢流/排氣口排雜排氣，能規(guī)避“倒V”形前沿缺陷，提升焊合質(zhì)量。

•偏析：宏觀偏析受固-液相對運(yùn)動影響，可一定程度上借助模擬預(yù)測；微觀偏析因半固態(tài)鑄造有近球形初生α-Mg的存在，比高壓鑄造有所改善。高固相率漿料在薄壁/狹孔處易固液分離偏析，可適當(dāng)調(diào)高溫度或速度。

•夾雜/充不滿/飛邊：分別對應(yīng)清理澆注系統(tǒng)及冒口排氧化雜、適度提升漿料/模溫改善流動性、清潔分型面與增大鎖模力等對策。

04 材料體系與工業(yè)化輕量化展望

目前半固態(tài)注射成型量產(chǎn)以AZ91D、AM60B等Mg-Al系合金材料為主，亦在探索稀土鎂合金及外加增強(qiáng)體等鎂基復(fù)合材料，提升強(qiáng)/塑/耐熱/耐磨/導(dǎo)熱性能。

工業(yè)化層面，隨著裝備大型化（如3000T+級注射機(jī)）及工藝不斷成熟，集成式座椅骨架、CCB、電驅(qū)殼體、副車架、汽車輪轂等結(jié)構(gòu)件接連試制落地，正加速從3C精密件向新能源車身大型一體化結(jié)構(gòu)件跨越。

論文同時指出，該技術(shù)正處于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)應(yīng)用關(guān)鍵轉(zhuǎn)型期，未來應(yīng)聚焦：

1.開發(fā)適配半固態(tài)成形的新成分體系。突破現(xiàn)有主流合金的性能局限，開發(fā)兼具高強(qiáng)度、高耐蝕、高耐熱等特性的新型鎂基材料；同時對已有高性能鎂合金進(jìn)行成分優(yōu)化，使其更好地適應(yīng)半固態(tài)成形的工藝窗口與流動充型特性。

2.引入大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)輔助精準(zhǔn)調(diào)控。基于大數(shù)據(jù)模型與機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對半固態(tài)成形過程中的組織演變、力學(xué)性能進(jìn)行實(shí)時預(yù)測，替代傳統(tǒng)“試錯式”工藝摸索，指導(dǎo)溫度、速度、壓力的精準(zhǔn)匹配，提升生產(chǎn)穩(wěn)定性與一致性。

3.攻關(guān)先進(jìn)半固態(tài)裝備與大型構(gòu)件。面向新能源汽車等對超大尺寸、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的迫切需求，開發(fā)更先進(jìn)裝備，突破大注射量、組織轉(zhuǎn)變穩(wěn)定、大投影面積的一體化成形技術(shù)瓶頸。

4.持續(xù)優(yōu)化工藝并完善全生命周期評價。針對成型溫度區(qū)間、參數(shù)敏感性等問題持續(xù)迭代工藝；同時從安全性、經(jīng)濟(jì)性、綠色性三個維度，對鎂基半固態(tài)鑄件的長期使用性能、生產(chǎn)成本與環(huán)境效益進(jìn)行系統(tǒng)評價，推動技術(shù)的大規(guī)模可靠落地。

作者

吳貝?、熊京鵬?、谷立東?、鄧俊鈞?、劉勇?

1.南昌大學(xué)先進(jìn)制造學(xué)院輕合金材料江西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

2.上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

3.伯樂智能裝備股份有限公司

鎂基材料半固態(tài)壓鑄成形研究進(jìn)展與展望[J].

特種鑄造及有色合金, 2026, 46(4): 496-507.