專利名稱：制備高強(qiáng)度高韌性精密異型金屬管材的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬及復(fù)合材料領(lǐng)域。特別是一種先采用噴射成形工藝制備金屬及復(fù)合材料沉積棒坯，后半固態(tài)成形制備管材的制備高強(qiáng)度、高韌性、精密異形金屬管材的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)背景技術(shù)的不足，提供一種制備高強(qiáng)度、高韌性、大規(guī)格、精密異型管材的方法，首先通過(guò)噴射成形工藝制備金屬及復(fù)合材料的大規(guī)格棒坯，然后通過(guò)半固態(tài)成形工藝將棒坯反向壓鑄填充模具。解決了上述背景技術(shù)中的半固態(tài)漿料規(guī)格小、生產(chǎn)效率低，管狀半固態(tài)漿料材料利用率低，壓機(jī)成本高，產(chǎn)品合格率低的問(wèn)題。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明工藝如下第一階段采用噴射成形制備棒坯，金屬熔體通過(guò)以高壓氣體為工作介質(zhì)的非限制式、多級(jí)霧化器形成穩(wěn)定而密集的液滴噴射流，按照沉積物表面溫度和噴射流在沉積前的物理狀態(tài)的最佳范圍，在線控制工藝參數(shù)，噴射流沉積在運(yùn)動(dòng)基底的表面，制備大直徑棒坯；第二階段為半固態(tài)成形，棒坯在感應(yīng)線圈內(nèi)按照設(shè)定的曲線快速加熱，然后去除氧化皮，反向壓鑄填充成形模具。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明工藝解決了背景技術(shù)中存在的問(wèn)題，獲得的有益效果是噴射成形半固態(tài)漿料致密度＞99％，直徑＞150mm，等軸晶平均晶粒度20～30μm，收得率＞85％，生產(chǎn)效率高(對(duì)于鋁合金，＞20kg/min)，操作簡(jiǎn)便，可連續(xù)生產(chǎn)；半固態(tài)成形的管材內(nèi)徑＞300mm、形狀極其復(fù)雜、尺寸精確、組織精細(xì)，金屬流動(dòng)穩(wěn)定，不使氧化夾雜和空氣卷入內(nèi)部組織，合格率＞99％，制件力學(xué)性能與傳統(tǒng)鍛件相當(dāng)。
圖2為棒坯半固態(tài)金屬漿料反向壓鑄中的棒坯半固態(tài)金屬漿料示意圖。
圖3為棒坯半固態(tài)金屬漿料反向壓鑄中的一種內(nèi)模示意圖。
圖4為棒坯半固態(tài)金屬漿料反向壓鑄中的一種外模示意圖。
2、半固態(tài)成形工藝的特征在于，具體如下棒坯在感應(yīng)線圈中加熱，在固相線以下20～30℃確定一個(gè)臨界點(diǎn)，低于和高于臨界點(diǎn)的升溫速率分別為6～12K/s和1～3K/s，保溫10～300s(視直徑和傳熱系數(shù)定)。由于加熱時(shí)間短暫，棒坯的晶粒長(zhǎng)大輕微，最終力學(xué)性能提高。然后去除氧化皮，半固態(tài)漿料2底部帶支撐，半固態(tài)金屬流動(dòng)的方向與沖頭1的壓鑄方向相反，反向壓入封閉的成形模具，隨著沖頭1不斷壓鑄，半固態(tài)漿料2流進(jìn)內(nèi)模3和外模4之間充型。模具預(yù)熱溫度視實(shí)際情形而定，主要由金屬流動(dòng)過(guò)程可能發(fā)生的溫降決定，一般不低于金屬固相線300℃，保壓時(shí)間10～30s，當(dāng)金屬在模具中冷卻到一定溫度時(shí)脫模，模具主要的組成部分是內(nèi)模和外模，其中具有復(fù)雜形狀的模具應(yīng)采用組合式結(jié)構(gòu)，大多數(shù)異型管件的復(fù)雜形狀在內(nèi)部，在這種情形下，內(nèi)部芯模由幾塊組成，可以按照一定次序向內(nèi)脫模，內(nèi)模先行脫模，外模最后脫模，外?？梢允墙M合式或者整體式。與直接采用噴射成形管坯相比，反向壓鑄的金屬變形大，組織更為均勻，有利于消除噴射成形坯的組織缺陷，金屬流動(dòng)平穩(wěn)，不易捕獲模具中的氣體，多數(shù)情形下，棒坯比管坯的長(zhǎng)度小，壓機(jī)的開(kāi)間要求小，購(gòu)買和使用成本降低。
結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供實(shí)施例，如下表所示

權(quán)利要求
1.一種制備高性能高韌性精密異型金屬管材的方法，包括噴射成形和半固態(tài)成形，其特征在于，第一階段采用噴射成形制備棒坯，金屬熔體通過(guò)以高壓氣體為工作介質(zhì)的非限制式、多級(jí)霧化器形成穩(wěn)定而密集的液滴噴射流，按照沉積物表面溫度和噴射流在沉積前的物理狀態(tài)的最佳范圍，在線控制工藝參數(shù)，噴射流沉積在運(yùn)動(dòng)基底的表面，制備大直徑棒坯；第二階段為半固態(tài)成形，棒坯在感應(yīng)線圈內(nèi)按照設(shè)定的曲線快速加熱，然后去除氧化皮，反向壓鑄填充成形模具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高性能高韌性精密異型金屬管材的方法，其特征是，所述的金屬熔體，在液相線以上100～200℃保溫，然后通過(guò)中間包流入在相同溫度保溫的漏包，漏包中熔體高度大于400mm，自動(dòng)控制金屬傾倒動(dòng)作，液面波動(dòng)小于10mm，熔體經(jīng)由設(shè)置在漏包底部的導(dǎo)管流入霧化器，鋁金屬熔體質(zhì)量流率＞20kg/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高性能高韌性精密異型金屬管材的方法，其特征是，所述的非限制式、多級(jí)霧化器，其工作介質(zhì)為高壓惰性氣體或設(shè)定的反應(yīng)性氣體，金屬熔體在重力作用下進(jìn)入一級(jí)霧化區(qū)域，主霧化氣體壓力在8～15atm，霧化角為10～15°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高性能高韌性精密異型金屬管材的方法，其特征是，所說(shuō)的噴射成形制備棒坯時(shí)，排風(fēng)口具有可連續(xù)調(diào)節(jié)的出口面積，自動(dòng)控制風(fēng)門開(kāi)啟角度，沉積室內(nèi)的氣體壓力維持在1～1.1atm，外接防爆風(fēng)機(jī)，夾帶粉塵的氣流經(jīng)過(guò)一級(jí)或多級(jí)旋風(fēng)分離器凈化后排空，未粘結(jié)的粉塵通過(guò)排風(fēng)口及時(shí)排除。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高性能高韌性精密異型金屬管材的方法，其特征是，所述的噴射成形制備棒坯的在線控制工藝參數(shù)是，噴射流在沉積到基底表面之前的沉積距離為350～650mm，霧化器相對(duì)于基底可作定點(diǎn)掃描、往復(fù)水平運(yùn)動(dòng)，基底旋轉(zhuǎn)速度60～100rpm，噴射流在沉積前和沉積物表面的最佳溫度范圍分別是固相線+20～+50℃和-20～+10℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射成形制備棒坯，其特征是，存在一束或幾束熔體噴射流，外加顆粒形成獨(dú)立噴射流。
全文摘要
一種制備高性能高韌性精密異型金屬管材的方法，屬于金屬及復(fù)合材料領(lǐng)域。先噴射成形制備半固態(tài)漿料，金屬熔體通過(guò)以高壓氣體為工作介質(zhì)的非限制式、多級(jí)霧化器形成液滴噴射流，沉積在運(yùn)動(dòng)的基底表面，制備大直徑棒坯；后半固態(tài)成形，棒坯在感應(yīng)線圈中加熱，然后去除氧化皮，反向壓入成形模具。本發(fā)明獲得的有益效果是噴射成形半固態(tài)漿料生產(chǎn)效率高(鋁合金，＞20kg/min)，操作簡(jiǎn)便，可連續(xù)生產(chǎn)，致密度＞99％，直徑＞150mm，等軸晶平均晶粒度20～30μm，收得率＞85％；半固態(tài)成形的管材內(nèi)徑＞300mm、形狀極其復(fù)雜、尺寸精確、組織精細(xì)，金屬流動(dòng)穩(wěn)定，不會(huì)卷入氧化夾雜和空氣，合格率＞99％，制件力學(xué)性能與鍛件相當(dāng)。
文檔編號(hào)B22F3/00GK1472026SQ03129158
公開(kāi)日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2003年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月10日
發(fā)明者張豪, 張 豪 申請(qǐng)人:張豪, 張 豪