[發明專利]一種高效低成本制造半固態Al-Si系鋁合金鑄件的流變成形方法

在審

• 申請號: 201611010595.4
• 申請日: 2016-11-17
• 公開（公告）號: CN108067600A
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 馮志軍;阮明;鄭金傳
• 申請（專利權）人: 機械科學研究總院（將樂）半固態技術研究所有限公司
• 主分類號: B22D17/00
• 分類號: B22D17/00;B22D1/00;C22C21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種高效低成本制造半固態Al-Si系鋁合金鑄件的流變成形方法，其特征在于：所述的方法步驟是：

(1)合金熔體溫度的確定：在熔煉時，將Al-Si系鋁合金熔體的溫度控制在合金液相線50～80℃范圍內；然后對合金熔體進行精煉、細化變質，并進行扒渣處理，最后將坩堝中的Al-Si系鋁合金熔體溫度控制在合金液相線以上15～45℃范圍內，并進行密閉保溫。

(2)半固態Al-Si系鋁合金漿料一步法在線連續制備：將處理完成高于液相線15～45℃的Al-Si系鋁合金熔體，在其表面上施加0.01～0.05Mpa的干燥空氣或惰性氣體壓力，Al-Si系鋁合金熔體通過溫度可控的輸送管道自下而上反重力流動，合金熔體流動的速度靈活可控。合金熔體經過輸送管道之后，溫度降低至合金液相線附近；合金熔體進入壓室內并達到一定量時，受到壓室壁及壓射沖頭的激冷作用形成1％-5％固相率的漿料，同時數字液位傳感儀接受到信號，并將信號反饋給設備主機，設備主機立即控制壓射沖頭緩慢向上運動封住壓室側面的輸送管道口。當輸送管道口被封住后，坩堝內的壓力保持不變，使輸送管道內的合金熔體處于懸浮狀態；當壓射沖頭進一步緩慢豎直向上運動時，外界氣體迅速進入到輸送管道內，在外界大氣壓的作用下輸送管道內部分合金熔體回流至坩堝內，極大部分熔體仍懸浮在輸送管道內。同時升降裝置將石墨攪拌桿下降至壓室內，并對壓室內的漿料進行短時弱機械攪拌。在石墨攪拌桿攪拌漿料的過程中，持續不斷地對攪拌桿內部進行通氮氣冷卻處理，這樣不僅可以保證Al-Si系鋁合金漿料中的過熱快速被移除使其溫度進一步降低，而且可以最大限度達到均勻。經過短時弱機械攪拌之后，最初在壓室內形成的枝晶被剪切破碎且Al-Si系鋁合金漿料受到激冷各處均處在形核和凝固中，導致熔體內產生大量的初生細小晶核。這些大量的初生晶粒與攪拌桿之間相互剪切，且晶粒之間的溶質場產生相互干涉使其逐漸轉變為球狀晶粒，最終獲得一定固相率、球狀組織的半固態Al-Si系鋁合金漿料。

(3)半固態Al-Si系鋁合金漿料流變成形：當石墨攪拌桿完全離開壓室及模具后，設備將模具合緊關閉。制備完成的Al-Si系鋁合半固態漿料在沖頭的推動作用下充填模具型腔，并在壓力下進行凝固結晶，最終獲得組織致密的半固態流變Al-Si系鋁合金鑄件。

2.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟(1)中坩堝電阻爐內的Al-Si系鋁合金熔體溫度不能過高，應控制在合金液相線以上15～45℃的范圍內。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟(2)中的Al-Si系鋁合金熔體在氣體低壓壓力作用下沿著輸送管道自下而上平穩流動，升液速度完全可控并能靈活調整。

4.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟(2)中的輸送管道及壓室其溫度均可靈活調整并數字化控制。

5.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟(2)中的Al-Si系鋁合金熔體經過溫度可控的輸送管道之后，溫度迅速降低，并保持在接近合金液相線附近。

6.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟(2)在爐中部取液、全密閉液體輸送，傳送路徑短、合金質量好、氧化損耗小、對環境影響少、安全可靠。

7.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟(2)中在當進入到壓室內的合金熔體達到設定值時，輸送管道內部的合金熔體不再繼續上升保持懸浮狀態。

8.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟(2)中進入壓室內的合金熔體的重量是定量的，采用數字液位傳感器檢測進入壓室內合金熔體的重量。

9.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟(2)中采用的攪拌桿材質為石墨，由于石墨與Al-Si系鋁合金熔體之間潤濕性差，可以避免由于攪拌桿帶來的外來物質污染合金熔體，且可以保證攪拌桿表面幾乎不粘Al-Si系鋁，便于攪拌桿清理。