铝合金熔体在普通铸造成型与凝固过程中存在充型紊流、凝固收缩大等特点,导致成型件组织内部会出现异常粗枝晶、气泡、疏松和缩孔等缺陷,尤其是铸造大型铸件会出现晶粒组织粗大、成分偏析严重等问题。这些缺陷和不足会降低零件的成品率、耐久性和抗疲劳性能,使零件的安全应用范围和安全使用寿命大大降低,限制了铝合金成型件在汽车、高铁等交通领域内的应用。半固态成型技术在细化晶粒组织、减少缩孔疏松、降低变形抗力、提高模具寿命、提高产品性能等方面拥有巨大优势,产品的安全性能也更高,因此吸引了众多学者进行研究。对于流变成形来讲,半固态浆料制备技术是核心关键,但受到半固态浆料固相率变化温度区间窄、易凝固条件的限制,大多数机械搅拌类设备存在粘料及卷气问题严重、工艺稳定性差、效率低下、拆卸麻烦、笨重繁琐等问题,进一步规模应用一直受到限制。针对这些问题,本课题设计了新的强化冷却搅拌设备,采用棒状搅拌轴和液体循环冷却手段,提高热交换的效率并降低了气体卷入合金液的可能,有利于提高产品组织性能,设备的稳定可靠性和安全性更高;并针对设备工艺控制过程中手动操作可能存在的人为误差、失误及精确性、一致性差等问题,开发了油压缸升降系统和PLC控制系统,提升了自动化程度,有利于保证浆料的连续化稳定制备、提升了工艺和产品的一致性,保证了设备安全平稳运行并减少安全事故发生率。此外还针对传统加热设备存在的安全问题,设计和改进了带有报警装置的熔炼设备。针对铝合金半固态浆料制备工艺中搅拌速度、搅拌时间和不同水冷却叠加搅拌三个方面分析了各种工艺对组织晶粒的影响,对晶粒尺寸和形状做了尺寸和相貌分析,得出了组织性能更加可靠稳定的工艺参数。当搅拌速度从100r/min提升至500r/min时,晶粒尺寸从168μm下降到105μm,形状因子从0.46上升到0.82;随着搅拌时间从10s增加到30s,晶粒尺寸从168μm下降到98μm,形状因子从0.45上升到0.80;随着叠加水冷却和搅拌速度的提升,初生固相尺寸从123μm下降到84μm,形状因子从0.70上升到0.88;这几种办法和工艺都可以提高晶粒数量,改善晶粒形貌和组织。除此之外,对制浆过程中的温度数据进行分析,研究了相关的晶粒形核长大过程中的机理;还研究了半固态铝合金在热处理和轧制工艺后的相关力学性能,在适当的热处理工艺下,时效温度的增加可以有效缩短时效所需时间,半固态成形件的抗拉强度要比普通铸造高55Mpa左右,延伸率可以提升10%左右;搅拌轴通水冷却工艺下的成型件的抗拉强度要比不通水冷却提升22MPa,延伸率提升3.5%;提升搅拌轴转速工艺下的成型件抗拉强度提升了23 MPa,延伸率提升了4.0%;这些工艺都可以提升板材的力学性能,得到性能更高、安全性更好的产品。