[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

本發明提供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，屬于半固態金屬流變加工領域。其實現方法是：密閉坩堝中低過熱度的Al?Si系鋁合金熔體經過溫度可控的輸送管道并進入到壓室時，形成1?5％固相率的漿料。由于攪拌桿的剪切變形及自由晶粒爆發形核，形成一定固相率的半固態漿料。在沖頭的推動下平穩填充模具型腔，最終流變成形獲得半固態Al?Si系鋁合金鑄件。本發明具有以下獨特優點：(1)半固態漿料在壓室內快速制備，不需要專門裝置進行運輸，直接壓射成形；(2)可制備不同固相率的半固態漿料，適應性強，成形的鑄件組織致密，過程穩定且數字化控制；(3)制漿裝置結構簡單，操作簡便，成本低、效率高。

技術領域

本發明涉及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

背景技術

在線、快捷制備具有球狀初生相、不同固相率的半固態金屬漿料是半固態金屬成形技術的核心內容。如何高效、低成本在線制備半固態金屬漿料并直接流變成形成為半固態金屬加工技術產業化研究和關注的焦點。

目前國內采用流變成形方法制造半固態Al-Si系鋁合金鑄件主要停留在試驗研究階段，未形成產業化能力。限制半固態流變成形技術在我國大規模推廣應用的主要因素為國內缺乏穩定可控、在線、高質、高效、連續、低成本工業化生產的半固態流變制漿工藝及成形技術。目前我國制備半固態Al-Si系鋁合金漿料的方式主要有兩種，一種是采用強機械攪拌(攪拌速度控制在600～1200rpm)、搖晃、震動或剪切方法獲得半固態Al-Si系鋁合金漿料，該方法制漿過程復雜，制備的半固態漿料容易產生氧化、夾渣，難以獲得高性能、內部質量優異的Al-Si系鋁合金鑄件；另一種是利用電磁攪拌獲得半固態Al-Si系鋁合金漿料，該方法在制漿質量上有所改進，但是該工藝成本高、效率低，存在集膚效應。另外，目前國內主要有兩種Al-Si系鋁合金流變鑄造方式，一種是采用低固相率漿料水平式流變高壓鑄造，由于漿料粘度較低，充填型腔時比較容易產生紊流和噴濺，成形的鑄件難以熱處理強化；一種是利用高固相率水平式流變高壓鑄造，其優點是成形的鑄件能熱處理強化，但是由于漿料固相率高，凝固快，難以成形大型復雜的鑄件。這兩種鑄造方式均需要運輸漿料，在運輸過程中漿料發生二次氧化、輸送容器內壁的掛料及清理、可能出現的大幅度溫度變化等問題。

國外，美國麻省理工學院(MIT)的Flemings等人提出半固態金屬的流變壓鑄工藝,它是將制備出的半固態金屬漿料直接送往壓鑄機的壓室,進行流變壓鑄。目前我國在半固態流變成形技術的研究處于實驗研究階段，國外已經開發了多種流變成形技術，例如麻省理工學院的SSRTM(Semi-solid rheocasting)流變成形技術、加拿大AlcanAl-Si系鋁業公司的SEED(Swirled enthalpy equilibration device)流變成形技術、日本UBE公司開發的NRC(New rheocasting process)流變成形技術、南非科學與工業研究委員會開發的CSIR(council for scientific and industrialresearch)流變成形技術、瑞典延雪平大學(Jonkoping University)開發的RSF(rapid slurry forming)流變成形技術等，并且部分已經小批量工業化生產。雖然國外開發了多種流變成形技術，但是仍存在一些不足例如SSRTM流變成形技術制備的半固態漿料存在卷氣、氧化、夾雜缺陷，制備的半固態漿料組織較大等缺點；加拿大AlcanAl-Si系鋁業公司的SEED流變成形技術其制備的半固態漿料存在量小，只能制備高固相率的半固態漿料，而且制備半固態漿料的設備復雜，成本高。綜上所述，國外的流變成形技術雖然已經得到部分應用但仍存在一定的不足，特別是需要額外專門設備提前制備半固態金屬漿料，漿料制備過程溫度變化靈敏、可控性差；而且在漿料的運輸過程中容易導致漿料氧化，漿料溫度損失固相率難以控制；漿料微觀組織不均勻,生產效率低等問題。

發明內容