[發明專利]制備半固態合金熔體的裝置及生產AlSi9Mg半固態合金的工藝

無效

• 申請號: 200910075517.6
• 申請日: 2009-09-25
• 公開（公告）號: CN101660063A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發明（設計）人: 譚建波;李增民;李立新
• 申請（專利權）人: 河北科技大學
• 主分類號: C22C1/00
• 分類號: C22C1/00;B22D17/08;C22C1/03;C22C1/06
• 代理公司: 石家莊科誠專利事務所
• 代理人: 劉謨培

技術領域

本發明屬于金屬成型領域的半固態合金成形的技術，特別是涉及一種半固態合金熔體的傾斜冷卻剪切變頻振動裝置及流變成形工藝。

背景技術

半固態成形技術，就是在合金凝固過程中，得到一種液態金屬母液中均勻地懸浮著一定球狀初生固相的固-液混合熔體，利用這種固液混合熔體直接進行成形加工(即流變成形)，或先將這種固液混合熔體制成坯料，再重新加熱至固液兩相區進行成形加工(即觸變成形)，這兩種方法均稱之為半固態成形技術。為了得到固-液混合熔體，一般是對金屬液施以劇烈的攪拌或擾動、或改變金屬的熱狀態、或加入晶粒細化劑、或進行快速凝固，從而改變初生固相的形核和長大過程。該技術可方便地制造出近凈形零件，材料利用率高，零件致密性好；合金熔體或坯料宏觀偏析少，成形產品的性能更均勻；模具壽命高，能耗低且環境友好，可適用于多種加工工藝，如鑄造、軋制、擠壓和鍛造等，并可進行材料的復合及成形。

目前，半固態成形技術中已在國外投入商業化生產，如電磁攪拌技術、螺旋機械攪拌技術、噴射沉積技術等。半固態合金制備是半固態成形技術中的一項關鍵技術之一，合金的半固態非枝晶組織與形成機制的研究一直是國內外學者研究的重點之一，目前尚未形成統一和確定的理論，主要有Flemings等認為的正常熟化引起的枝晶根部熔斷假說、Garabedian等人的枝晶臂機械折斷假說、Vogel等提出的枝晶臂塑性彎曲和晶界浸潤熔斷假說、電磁攪拌下的枝晶臂根部熔斷機制、Blais等人的電磁攪拌下的枝晶循環熔斷機制和Fan等人的高剪速率下的球狀晶形成機制。在成形工藝方面，主要采用觸變成形，觸變成形需先制坯料，再加熱至半固態合金溫度進行成形，觸變成形的主要問題在于：加熱溫度不易控制，加熱過程中坯料氧化，能源消耗高，技術要求高，加熱設備復雜，因此，嚴重阻礙了該技術在全球的大規模推廣應用。如何降低操作難度、縮短工藝流程、易于實現工業化的低能耗、低成本的新技術是目前半固態成形技術重點研究內容之一。

傾斜冷卻剪切流變技術是根據冷卻體裝置不同，分成斜管法和傾斜冷卻板法兩種。傾斜冷卻板一般是由合金鋼制成，表面噴涂一層涂料，以防止半固態合金粘附在傾斜板表面。其原理是將略高于液相線溫度的熔融金屬倒在傾斜板上，由于傾斜板的激冷作用，在凝固過程初期，傾斜板壁上有細小的晶粒形核并長大，由于合金流體的沖擊和物體的自重作用使晶粒從傾斜板壁上脫落并翻轉，以達到攪拌效果。流經傾斜板的合金熔體落入容器中，通過控制容器溫度進行緩慢冷卻，冷卻到一定的半固態溫度后保溫，以增加晶核的數目和晶粒的游離，從而細化晶粒，獲得理想的微觀組織。隨后可進行流變成形和觸變成形。

中國專利CN200710011510.9公開了一種制備半固態合金的波浪型傾斜板振動裝置及制備方法，包括支架、波浪型金屬板、凸輪振動機構、水冷銅模、電動機和調頻裝置，支架上固定有中間包，與支架平行固定有支板，支板側為水冷銅模，在支板和支架間安裝有固定板，固定板通過彈簧連接波浪型金屬板的托架，在波浪型金屬板的托架上固定有凸輪振動機構，電動機分別與凸輪振動機構和調壓器連接。本發明用于高熔點鋼鐵材料的半固態成形。本發明是對傾斜板直接采用機械振動裝置使其振動，眾所周知機械振動的振幅和頻率都比較低，這樣對晶核的形成并不能起到多大的作用。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種制備半固態合金熔體的傾斜冷卻剪切變頻振動裝置及利用該裝置生產AlSi9Mg半固態合金鑄件的流變成形工藝，其裝置結構簡單，成形工藝流程短，能耗低，易于實現工業化生產；尤其是能夠改善半固態合金的凝固組織，同時解決半固態合金熔體制備過程中傾斜板表面凝固結殼的問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種制備半固態合金熔體的裝置，包括振動裝置和傾斜設置的冷卻槽，振動裝置包括底座，底座上面通過支柱和設置在支柱外圍的橡膠彈簧支撐連接有振動臺面，支柱有兩段，分別固定在臺面下面和底座上面，兩段支柱分別插入到橡膠彈簧中。在臺面上連接有能夠產生三維振動的振動電機，振動電機與調頻裝置連接并受調頻裝置控制；冷卻槽傾斜設置在振動裝置的臺面上，冷卻槽的一端通過支座和轉軸與支撐架一端連接，此端位置較低，是合金液的出口；支撐架的另一端上面設置升降架，升降架上端通過轉軸和支撐槽與冷卻槽的另一端連接，支撐槽通過轉軸連接在升降架上端，支撐槽與冷卻槽滑動配合，此端位置較高，是合金液的澆注時的入口；在冷卻槽的外側設置水冷套，冷卻槽的出液端下面對應位置設置有水冷銅模或者流變成形設備或者保溫設備。