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      一種制備半固態(tài)合金漿料的裝置及方法

      文檔序號:3414150閱讀:277來源:國知局
      專利名稱:一種制備半固態(tài)合金漿料的裝置及方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明屬于制備半固態(tài)合金技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種制備半固態(tài)合金漿料的裝置及方法。
      背景技術(shù)
      半固態(tài)金屬成形技術(shù)是20世紀70年代初美國麻省理工學(xué)院提出的一種金屬成形的新方法,該方法打破了傳統(tǒng)的枝晶凝固模式,在成分與組織均勻性、提高成形件的綜合性能等方面具有獨特的優(yōu)勢,受到了越來越廣泛的關(guān)注,對半固態(tài)凝固成形技術(shù)的研究已成為近年國內(nèi)外金屬材料領(lǐng)域競相開展的一個方向。半固態(tài)金屬成形中球狀初晶漿料的制備是半固態(tài)金屬成形的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。目前已進入工業(yè)應(yīng)用的球狀晶制備工藝主要有電磁攪拌和變形誘變激活方法,但兩者都有一些缺點。變形誘變激活方法只能制備小直徑的金屬半固態(tài)坯料,電磁攪拌的設(shè)備復(fù)雜、成本高, 特別是對大尺寸的鑄件或鑄錠,由于電磁集膚效應(yīng),組織不均勻在所難免。近期以來,圍繞制備含有近球形非枝晶凝固組織的半固態(tài)漿料這一關(guān)鍵問題,國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了 20多種各有特色的半固態(tài)漿料制備工藝,具有代表性的有斜坡冷卻法 (US 6595266B2), CRP法(US 6880613B2)。斜坡冷卻法具有成本低、效率高等優(yōu)點,但合金液澆注溫度受限制,且在制備過程中常常在斜板的表面結(jié)殼,需要不斷清理;東北大學(xué)在此基礎(chǔ)上開發(fā)了帶有波浪形表面并施加振動的傾斜板(CN 100451141C),南昌大學(xué)開發(fā)了旋轉(zhuǎn)傾斜圓筒(CN 101362198A),這兩項技術(shù)可以較低成本地制備出半固態(tài)合金漿料,但增加的振動或旋轉(zhuǎn)裝置使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。CRP工藝簡單,但反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,而且兩液流的管徑不能太大,因此不能處理大流量的金屬液流,故生產(chǎn)效率低。從前面的敘述看,以上各種制備半固態(tài)金屬漿料的方法都有自己的特點,但也都存在一些問題,因此需要提出新的半固態(tài)金屬漿料制備工藝以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的是提供一種制備半固態(tài)合金漿料的新裝置及方法,可有效地克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的,其制備漿料的裝置包括有澆口杯、直澆道及斜板,其構(gòu)造特征如圖1所示,澆口杯1置于直澆道2的上端與直澆道2接通,在直澆道2的內(nèi)壁上左右相互交錯、自上往下地固定著η個向下傾斜的斜板3,η為正整數(shù),斜板3與直澆道2內(nèi)壁的夾角為α,10° < α <80° ;斜板3周邊的形狀與直澆道2的內(nèi)孔壁相對應(yīng),周邊留有可供合金液流通的間隙δ。具體工藝方法為將熔煉合格的、以高于其液相線溫度0 200°C的合金液澆入到上述裝置的澆口杯1內(nèi),控制合金液流經(jīng)直澆道2內(nèi)η個斜板3的上面,再由直澆道2下端的出口流入到收集器中,即可得到半固態(tài)合金漿料,或由直澆道2下端出口處流出的合金漿料不流入收集器,而是直接送到壓鑄、軋制、模鍛等常規(guī)設(shè)備上進行流變成形。
      本發(fā)明的優(yōu)點 及積極效果是(1)、本發(fā)明利用合金液流經(jīng)直澆道內(nèi)壁上的η個斜板后,使其內(nèi)部形成數(shù)目眾多的微小晶核,同時,由于直澆道具有一定的長度,從直澆道出口流出的熔體流速較大,對收集器中的熔體產(chǎn)生較為強烈的攪拌,能使熔體的溫度、濃度和晶核分布更加均勻,因此可對合金漿料的質(zhì)量實現(xiàn)有效地控制。(2)、與斜坡冷卻法相比,本發(fā)明中每個斜板長度較短,不易粘掛合金熔體,而且合金熔體在不斷地從上一個斜板流到下一個斜板的過程中產(chǎn)生晶核的能力更強,可獲得更為細小均勻的組織。(3)、通常大容量半固態(tài)合金漿料易出現(xiàn)組織不均勻、晶粒粗大現(xiàn)象,而在本發(fā)明中通過調(diào)節(jié)斜板個數(shù)及直澆道高度等參數(shù)可以獲得大量晶核,且這些晶核在收集器中能夠均勻分布,因而本發(fā)明方法能制備大容量半固態(tài)合金漿料。(4)、本發(fā)明工藝流程短、設(shè)備簡單、操作方便、制備成本低。


      圖1為本發(fā)明中采用裝置的示意圖。圖2為采用本發(fā)明制備的較小容量的半固態(tài)Α356鋁合金漿料的淬火組織圖。圖3為采用本發(fā)明制備的較大容量的半固態(tài)Α356鋁合金漿料的淬火組織圖。圖中,淺色區(qū)域為球狀初生α-Al,深色區(qū)域為凝固的共晶液體,1-澆口杯,2-直澆道,3-斜板,α-斜板的傾斜角度,δ-斜板周邊留有供合金液流通的間隙,a-直澆道不同側(cè)內(nèi)壁上斜板間的距離,L-直澆道的高度,d-直澆道的內(nèi)徑。
      具體實施例方式實施例1:本例采用在直澆道內(nèi)壁上裝有斜板個數(shù)η = 1個,直澆道的高度L = 100mm,直澆道的內(nèi)徑d = 25mm,斜板的傾斜角度α =30°,斜板周邊留有供合金液流通的間隙δ = 5mm,直澆道和斜板的材質(zhì)為石墨,溫度為常溫。將坩堝電阻爐熔煉合格的過熱 A356合金(即A17Si4Mg鋁合金)液,以630°C (即過熱度為15°C )的溫度,澆入漿料制備裝置的澆口杯1中,合金液經(jīng)澆口杯1流入到裝有1個斜板3的直澆道2內(nèi),經(jīng)直澆道2出口流入到一個Φ80Χ 130mm的圓形不銹鋼質(zhì)的水冷收集器中,得到的半固態(tài)A356合金組織如圖2所示。實施例2 本例采用在直澆道內(nèi)壁上裝有斜板個數(shù)η = 3個,直澆道的高度L = 400mm,直澆道的內(nèi)徑d = 40mm,斜板的傾斜角度α =45°,斜板周邊留有供合金液流通的間隙δ = 10mm,直澆道不同側(cè)內(nèi)壁上斜板間的距離a = 40mm,直澆道和斜板的材質(zhì)為石墨,溫度為常溫。將坩堝電阻爐熔煉合格的過熱A356合金(即A17Si4Mg鋁合金)液,以 6500C (即過熱度為35°C )的溫度,澆入漿料制備裝置的澆口杯1中,合金液經(jīng)澆口杯1流入到裝有3個斜板的直澆道2內(nèi),經(jīng)直澆道2出口流入到一個Φ80Χ 130mm的圓形不銹鋼質(zhì)的水冷收集器中,得到的半固態(tài)A356合金組織與圖2類似。實施例3 本例采用在直澆道內(nèi)壁上裝有斜板個數(shù)η = 6個,直澆道的高度L = 600mm,直澆道的內(nèi)徑d = 45mm,斜板的傾斜角度α =50°,斜板周邊留有供合金液流通的間隙δ = 10mm,直澆道不同側(cè)內(nèi)壁上斜板間的距離a = 29mm,直澆道和斜板的材質(zhì)為銅合金,利用外鑲的冷卻水套冷卻該裝有6個斜板的直澆道,直澆道內(nèi)壁和斜板表面上涂刷一層0.3mm厚的鋯英粉涂料。將坩堝電阻爐熔煉合格的過熱A356合金(即A17Si4Mg鋁合金)液,以680°C (即過熱度為65°C)的溫度,澆入漿料制備裝置的澆口杯1中,合金液經(jīng)澆口杯1流入到裝有6個斜板的直澆道2內(nèi),經(jīng)直澆道2出口流入到一個Φ80X 130mm的圓形不銹鋼質(zhì)的水冷收集器中,得到的半固態(tài)A356合金組織與圖2類似。實施例4 本例采用在直澆道內(nèi)壁上裝有斜板個數(shù)η = 5個,直澆道的高度L = 1000mm,直澆道的內(nèi)徑d = 100mm,斜板的傾斜角度α =30°,斜板周邊留有供合金液流通的間隙δ = 18mm,直澆道不同側(cè)內(nèi)壁上斜板間的距離a = 156mm,直澆道和斜板的材質(zhì)為不銹鋼,直澆道和斜板的內(nèi)部通循環(huán)水冷卻,直澆道內(nèi)壁和斜板表面上涂刷一層0. 3mm 厚的鋯英粉涂料。將坩堝電阻爐熔煉合格的過熱A356合金(即A17Si4Mg鋁合金)液,以 6800C (即過熱度為65°C )的溫度,澆入漿料制備裝置的澆口杯1中,合金液經(jīng)澆口杯1流入到裝有5個斜板的直澆道2內(nèi),經(jīng)直澆道2出口流入到一個Φ 130 X 150mm的圓形陶瓷質(zhì)的水冷收集器中,得到的半固態(tài)A356合金組織如圖3所示。實施例5 本例采用在直澆道內(nèi)壁上裝有斜板個數(shù)η = 4個,直澆道的高度L = 600mm,直澆道的內(nèi)徑d = 70mm,斜板的傾斜角度α =60°,斜板周邊留有供合金液流通的間隙δ = 15mm,直澆道不同側(cè)內(nèi)壁上斜板間的距離a = 50mm,直澆道和斜板的材質(zhì)為石墨,溫度為常溫。在的SF6的氣體保護下,將坩堝電阻爐熔煉合格的過熱AZ91D鎂合金 (即Mg-9wt% Al-0. 6wt% Zn鎂合金)液,以640°C (即過熱度為45°C )的溫度,澆入漿料制備裝置的澆口杯1中,合金液經(jīng)澆口杯1流入到裝有4個斜板的直澆道2內(nèi);在澆注該 AZ91D鎂合金液過程中,向該澆口杯1和裝有4個斜板的直澆道2內(nèi)吹入的SF6保護氣體,SF6氣體的流量為每分鐘0. 03升;合金漿料經(jīng)直澆道2出口流入到一個Φ80X 130mm 的圓形不銹鋼質(zhì)的收集器中,該AZ91D鎂合金熔體的冷卻速度為50°C /min。當(dāng)AZ91D鎂合金液完全凝固時,即可得到半固態(tài)AZ91D鎂合金坯料。
      權(quán)利要求
      1.一種制備半固態(tài)合金漿料的裝置及方法,其裝置包括有澆口杯(1)、直澆道(2)及斜板(3),其構(gòu)造特征是將澆口杯(1)放置于直澆道(2)的上端與直澆道(2)接通,在直澆道(2)的內(nèi)壁上左右相互交錯、自上往下地固定著η個向下傾斜的斜板(3),η為正整數(shù),斜板(3)周邊的形狀與直澆道(2)的內(nèi)孔壁相對應(yīng),周邊留有可供合金液流通的間隙。
      2.如權(quán)利要求1所述的一種制備半固態(tài)合金漿料的裝置及方法,其特征在于所述的方法是將熔煉合格的、以高于其液相線溫度O 200°C的合金液澆入到上述裝置的澆口杯(1) 內(nèi),控制合金液流經(jīng)直澆道(2)內(nèi)η個斜板(3)的上面,再由直澆道(2)下端的出口流入到收集器中,即可得到半固態(tài)合金漿料,或由直澆道(2)下端出口處流出的合金漿料不流入收集器,而是直接送到壓鑄、軋制、模鍛等常規(guī)設(shè)備上進行流變成形。
      全文摘要
      一種制備半固態(tài)合金漿料的裝置及方法,屬于制備半固態(tài)合金技術(shù)領(lǐng)域。特征是其裝置包括有澆口杯、直澆道及斜板,具體構(gòu)造是澆口杯置于直澆道上端與直澆道接通,在直澆道的內(nèi)壁上左右相互交錯、自上往下地固定著n個向下傾斜的斜板,n為正整數(shù),斜板周邊的形狀與直澆道內(nèi)孔壁相對應(yīng),周邊留有可供合金液流通的間隙。制備方法是將高于其液相線溫度0~200℃的合金液澆入澆口杯內(nèi),流經(jīng)直澆道內(nèi)n個斜板上面,由直澆道的出口流入到收集器內(nèi),即可得到半固態(tài)合金漿料,或直接流到壓鑄、軋制、模鍛等常規(guī)設(shè)備上進行流變成形。優(yōu)點是可制備出晶粒細小、組織均勻的半固態(tài)合金漿料,制備裝置簡單、操作方便、工藝流程短、制備成本低。
      文檔編號B22D1/00GK102218511SQ20111011228
      公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
      發(fā)明者劉長燕, 孫斌煜, 孫長春, 楊小容 申請人:太原科技大學(xué)
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