[發(fā)明專利]一種抑制ZCuSn10P1合金錫元素偏析的連續(xù)制備半固態(tài)漿料的裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910192686.1
• 申請日: 2019-03-14
• 公開（公告）號: CN110000344B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周榮鋒;王靜波;李璐;李永坤;蔡培霖;蔣業(yè)華
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: B22D1/00
• 分類號: B22D1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種抑制ZCuSn10P1合金錫元素偏析的連續(xù)制備半固態(tài)漿料的裝置和方法，屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。該抑制ZCuSn10P1合金錫元素偏析的連續(xù)制備半固態(tài)漿料的裝置，包括控制冷卻裝置、類等溫裝置和澆注轉(zhuǎn)盤裝置。本發(fā)明在凝固過程中對合金漿料進(jìn)行抑制偏析處理，通過傾斜板熔體冷卻通道對熔體進(jìn)行階段控制冷卻，然后對漿料進(jìn)行類等溫處理，以促進(jìn)錫元素固溶在初生固相內(nèi)，減少液相內(nèi)錫元素的濃度，最終獲得晶間偏析少的均勻半固態(tài)熔體組織。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種抑制ZCuSn10P1合金錫元素偏析的連續(xù)制備半固態(tài)漿料的裝置和方法，屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

半固態(tài)金屬加工技術(shù)(semi-solid metal forming processes，簡稱SSM)的研究起始于20世紀(jì)70年代初，其原理是在金屬凝固溫度區(qū)間通過改變初生相的形核長大過程，包括劇烈攪拌、加入晶粒細(xì)化劑、快速凝固等，從而獲得一定近球狀初生相顆粒的液-固混合漿料，這種半固態(tài)漿料溫度比液態(tài)金屬低，但又具有良好的流動性，有利于進(jìn)行進(jìn)一步的加工成形。

半固態(tài)金屬成形方法包括流變成形和觸變成形兩種。流變成形的制漿過程是:在冷卻過程中，對金屬熔體進(jìn)行強(qiáng)烈的攪拌或其他處理，獲得具有部分凝固的半固態(tài)漿料，并使?jié){料中的初生固相呈近球形顆粒；然后直接將所得的半固態(tài)金屬漿液進(jìn)行成形，如壓鑄、擠壓或軋制，通常稱之為流變成形工藝。觸變成形是將金屬液從液相冷卻到固相，在冷卻過程中進(jìn)行強(qiáng)烈的攪拌或其他處理，獲得具有部分凝固的半固態(tài)漿料，漿料中的初生相呈近球形，進(jìn)一步冷卻獲得具有非枝晶組織結(jié)構(gòu)的錠料。然后， 將得到的坯料按需要成形零件的質(zhì)量進(jìn)行分割，再重新將每塊錠料加熱至需要的部分重熔程度，進(jìn)行鑄造、鍛造、軋制或擠壓成形，從而生產(chǎn)出具有非枝晶組織結(jié)構(gòu)的零件。

半固態(tài)金屬加工與液態(tài)金屬成形工藝相比，具有：充型平穩(wěn)，無湍流和噴濺，因而鑄件內(nèi)部組織致密，內(nèi)部氣孔、偏析等缺陷少；制品組織具有非枝晶結(jié)構(gòu)，同時組織致密，制品的力學(xué)性能高，能接近或達(dá)到鍛壓件的性能；由于金屬坯料已部分凝固，因而凝固收縮小，成形零件尺寸精度高，表面平整光潔，能實現(xiàn)近終成形，因此半固態(tài)成形的零件機(jī)械加工量小，可做到少或無切削加工；成形溫度低，半固態(tài)合金成形時，已經(jīng)釋放了部分結(jié)晶潛熱，因而減輕了對模具的熱沖擊，使模具壽命大幅度提高；凝固時間縮短，能縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，有利于提高生產(chǎn)效率。

由于具有上述優(yōu)點，近年來各學(xué)者對半固態(tài)金屬加工技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究，目前制備半固態(tài)漿料的方法主要包括機(jī)械攪拌法、電磁攪拌法、近液相線溫度法、應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法、噴射沉積法、傾斜板冷卻法等。但半固態(tài)金屬加工技術(shù)仍存在一些缺點，例如觸變成形存在生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)周期長、組織不均勻、加工過程易氧化等缺點；流變成形雖然生產(chǎn)成本較低，但漿液的保存輸送難度大，溫度難以控制。

傾斜板冷卻法原理是當(dāng)處于液相線以上一定溫度的液態(tài)金屬接觸傾斜板時，由于過冷而快速并大量形核，又由于流淌過程中的沖擊作用使晶粒間相互碰撞、摩擦，最終形成細(xì)小、均勻的球狀先共晶組織。該方法設(shè)備簡單、操作簡便、占地面積小、節(jié)約成本且可用于高熔點金屬半固態(tài)漿料的制備。

錫青銅因強(qiáng)度高、彈性模量大、摩擦系數(shù)低、耐磨耐蝕性好等優(yōu)點，成為繼銅銀合金后高鐵接觸線的首選材料。高錫含量鑄造銅錫合金高硬度特性能滿足重載、高速和高溫并受強(qiáng)烈摩擦工況要求，廣泛用于高鐵、船舶、航空等行業(yè)的襯套、軸套、軸承座、齒輪、蝸輪等。以我國鐵路為例，到2020年運營里程要達(dá)到12萬公里，電氣化率要達(dá)到60%，銅錫合金市場需求量巨大。

但是，銅錫合金被稱為最為典型的凝固偏析合金之一，其偏析廣泛出現(xiàn)于含4.7-15%錫的系列合金連鑄坯、鑄錠的凝固組織中。合金錫含量越高，偏析傾向越大。偏析還會向鑄坯表面遷移（逆偏析）形成“錫汗”。文獻(xiàn)資料表明，隨著石膏型、殼型、砂型、金屬型的冷卻速度依次增大，其鑄造試樣的逆偏析程度依次變得嚴(yán)重，可見錫偏析的控制是制約銅錫合金應(yīng)用的重要因素。