一種電磁剪切熔體處理裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于金屬熔體處理【技術(shù)領(lǐng)域】的一種電磁剪切熔體處理裝置，此裝置在攪拌筒上設(shè)置閥門和澆口，剪切型螺桿位于攪拌筒內(nèi)并和攪拌筒構(gòu)成環(huán)形縫隙結(jié)構(gòu)的攪拌腔，熱電阻型加熱元件內(nèi)置于剪切型螺桿內(nèi)；電磁攪拌器和控制系統(tǒng)位于攪拌筒外側(cè)；其中環(huán)形縫隙的寬度為0.5~50mm。本發(fā)明的裝置通過環(huán)形縫隙結(jié)構(gòu)避開因集膚效應而產(chǎn)生的電磁力較低的部分，實現(xiàn)對環(huán)縫結(jié)構(gòu)內(nèi)熔體的電磁高剪切；控制熱電阻型加熱元件，實現(xiàn)在液相線以上溫度對熔體進行電磁處理。熔體經(jīng)電磁剪切處理后其凝固組織細化。
【專利說明】一種電磁剪切熔體處理裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬熔體處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電磁剪切熔體處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代金屬材料制備加工技術(shù)追求低成本、高性能，即高性價比。熔鑄已不再只作為材料成型的手段，而更重要的是作為材料質(zhì)量控制的第一個重要環(huán)節(jié)。因為在鑄造時形成的缺陷，很難在后續(xù)加工中消除，這些缺陷將持續(xù)影響材料的性能。熔體在鑄造前都要經(jīng)過熔化狀態(tài)，而熔化過程中合金質(zhì)量直接決定所制備和成形材料的性能。因此，通過熔體處理獲得細晶、均質(zhì)鑄錠是現(xiàn)代金屬材料提高性能的基本方向。目前液態(tài)金屬工程和半固態(tài)金屬加工技術(shù)均對熔體處理技術(shù)提出了更高的要求。
[0003]電磁攪拌法由于具有非接觸、不污染金屬液、可精確控制、容易與大工業(yè)生產(chǎn)對接等優(yōu)點，成為最重要的半固態(tài)加工方法之一。然而由于趨膚效應，熔體受到的電磁力不均勻，邊部受到的電磁力大，中心部位小，限制了大尺寸半固態(tài)坯料和大體積半固態(tài)漿料的制備。
[0004]半固態(tài)加工技術(shù)與傳統(tǒng)細化處理不同之處在于，后者只關(guān)注晶粒大小，而前者除了晶粒大小更關(guān)注初生相形貌。與半固態(tài)加工技術(shù)要求在固液相區(qū)間處理不同，液態(tài)金屬工程把熔體處理的溫度范圍放大到了整個鑄造溫度區(qū)間，更重視解決成分偏析問題。目前液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)是研究熱點，人們認為液態(tài)金屬處于長程無序、短程有序狀態(tài)，溫度或壓力等可誘導液態(tài)金屬發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，進而影響后續(xù)形核長大等凝固行為。
[0005]美國專利US3902544提出了一種螺桿型裝置，屬于攪拌型螺桿，靠機械裝置帶動，無電磁攪拌。美國專利US5135564提出了一種環(huán)縫結(jié)構(gòu)，該裝置可以避開因集膚效應而產(chǎn)生的電磁力較低的部分，其芯棒通過機械轉(zhuǎn)動強化攪拌效果，沒有溫控裝置。中國專利CN1772414A設(shè)計了兩組攪拌器，但沒有環(huán)形縫隙結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種電磁剪切熔體處理裝置，該裝置的環(huán)縫結(jié)構(gòu)能避開磁場較低的部分，當處理的金屬為合金時，實現(xiàn)在液態(tài)或半固態(tài)區(qū)間對熔體進行電磁高剪切處理；該裝置主要適用于液態(tài)金屬熔體處理和半固態(tài)漿料制備。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0008]一種電磁剪切熔體處理裝置，此裝置在攪拌筒2上設(shè)置閥門3和澆口 5，剪切型螺桿4位于攪拌筒2內(nèi)并和攪拌筒2構(gòu)成環(huán)形縫隙結(jié)構(gòu)的攪拌腔，熱電阻型加熱元件6內(nèi)置于剪切型螺桿4內(nèi)；電磁攪拌器I和控制系統(tǒng)7位于攪拌筒2外側(cè)；其中環(huán)形縫隙的寬度為0.5?50mmo
[0009]上述電磁攪拌器I由三組旋轉(zhuǎn)型電磁攪拌器組成，其旋轉(zhuǎn)方向可控。
[0010]上述攪拌筒2為薄壁低磁導率材料，可選f 3mm厚的不銹鋼等材料，減小攪拌筒對電磁場的屏蔽作用。[0011]上述剪切型螺桿4其螺距為I?10mm，螺紋高為I?10mm。
[0012]上述控制系統(tǒng)7控制閥門3開關(guān)、澆口 5、電磁攪拌器I中三組攪拌器的旋轉(zhuǎn)方向以及熔體的溫度。
[0013]此處理裝置平臥、斜臥或直立放置。
[0014]該發(fā)明的裝置適用于鋁基合金、鎂基合金、鋅基合金、銅基合金、鎳基合金、鈷基合金或鐵基合金的半固態(tài)漿料的制備與成形以及液態(tài)金屬處理。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0016](I)本發(fā)明通過由攪拌筒2和剪切型螺桿4構(gòu)成的環(huán)形縫隙結(jié)構(gòu)避開因集膚效應而產(chǎn)生的電磁力較低的部分，利用這個物理效應實現(xiàn)對環(huán)縫結(jié)構(gòu)內(nèi)熔體的電磁高剪切。(2)通過控制熱電阻型加熱元件，可實現(xiàn)在液相線以上溫度對熔體進行電磁處理，特別適合純金屬的熔體處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖1為本發(fā)明一種電磁剪切熔體處理裝置的示意圖；
[0018]圖中:1-電磁攪拌器、2-攪拌筒、3-閥門、4-剪切型螺桿、5-澆口、6-熱電阻型加熱元件、7-控制系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0019]下面將結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
[0020]如圖1示意圖所示，此電磁剪切熔體處理裝置在攪拌筒2上設(shè)置閥門3和澆口 5，剪切型螺桿4位于攪拌筒2內(nèi)并和攪拌筒2構(gòu)成環(huán)形縫隙結(jié)構(gòu)的攪拌腔，熱電阻型加熱元件6內(nèi)置于剪切型螺桿4內(nèi)；電磁攪拌器I和控制系統(tǒng)7位于攪拌筒2外側(cè)；其中環(huán)形縫隙的寬度為0.5?50mm。
[0021]操作時，首先開啟控制系統(tǒng)7，確保閥門3和澆口 5處于關(guān)閉狀態(tài)。設(shè)置電磁攪拌器I的攪拌方向和各區(qū)段的溫度。同時把金屬熔化至預定溫度備用。等到金屬熔體達到預定狀態(tài)，開啟電磁攪拌器1，打開澆口 5，然后把熔體從澆口 5澆入攪拌筒2內(nèi)，攪拌預定時間后，打開閥門3，至此，電磁剪切處理完成。后續(xù)可以與壓鑄、連鑄、鑄軋、擠壓、模鍛等工藝對接。
[0022]實施例1
[0023]采用該電磁剪切熔體處理裝置處理AZ31鎂合金熔體，處理完的熔體壓鑄成型，實現(xiàn)了變形鎂合金的壓鑄成型，該壓鑄件還可進行后續(xù)熱處理。
[0024]首先開啟控制系統(tǒng)7，確保閥門3和澆口 5處于關(guān)閉狀態(tài)。把中間組的電磁攪拌器設(shè)置為正轉(zhuǎn)，兩頭組的電磁攪拌器設(shè)置為反轉(zhuǎn)；從左到右第一區(qū)溫度設(shè)置為630°C，第二區(qū)溫度設(shè)置為635°C，第三區(qū)溫度設(shè)置為640°C。同時把AZ31鎂合金用電阻爐熔化至690°C備用。等AZ31鎂合金熔體達到690°C，開啟電磁攪拌器，打開澆口 5，然后把AZ31鎂合金熔體從澆口 5澆入電磁剪切熔體處理裝置，攪拌30s后，打開閥門3，至此，電磁剪切處理完成。
[0025]電磁剪切處理后的AZ31鎂合金熔體直接澆入壓鑄機壓室，完成壓鑄工序。
[0026]實施例2
[0027]采用該電磁剪切熔體處理裝置處理A357鋁合金熔體，處理完的熔體連鑄成坯料，實現(xiàn)了直徑200mm的A357半固態(tài)坯料的制備。
[0028]首先開啟控制系統(tǒng)7，確保閥門3和澆口 5處于關(guān)閉狀態(tài)。把中間組的電磁攪拌器設(shè)置為正轉(zhuǎn)，兩頭組的電磁攪拌器設(shè)置為反轉(zhuǎn)；從左到右第一區(qū)溫度設(shè)置為593°C，第二區(qū)溫度設(shè)置為613°C，第三區(qū)溫度設(shè)置為633°C。同時把A357鋁合金用中頻爐熔化至700°C備用。然后把底模升到結(jié)晶器的中間位置上，打開冷卻水，并預熱流槽。其中水壓為0.05MPa,流槽預熱溫度為400°C。等A357鋁合金熔體達到700°C，開啟電磁攪拌器，打開澆口 5，打開閥門3，然后把A357鋁合金熔體連續(xù)從澆口 5澆入電磁剪切熔體處理裝置。
[0029]電磁剪切處理后的A357鋁合金半固態(tài)漿料從閥門3直接澆入結(jié)晶器中，同時啟動牽引機構(gòu)以3mm/s的速度拉坯，澆注過程中保證熔體在結(jié)晶器中保持恒定高度，完成半固態(tài)連鑄工序。
【權(quán)利要求】
1.一種電磁剪切熔體處理裝置，其特征在于，此裝置在攪拌筒(2 )上設(shè)置閥門(3 )和澆口(5)，剪切型螺桿(4)位于攪拌筒(2)內(nèi)并和攪拌筒(2)構(gòu)成環(huán)形縫隙結(jié)構(gòu)的攪拌腔，熱電阻型加熱元件(6)內(nèi)置于剪切型螺桿(4)內(nèi)；電磁攪拌器(I)和控制系統(tǒng)(7)位于攪拌筒(2)外側(cè)；其中環(huán)形縫隙的寬度為0.5?50mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁剪切熔體處理裝置，其特征在于，所述電磁攪拌器(I)由三組旋轉(zhuǎn)型電磁攪拌器組成，其旋轉(zhuǎn)方向可控。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁剪切熔體處理裝置，其特征在于，所述攪拌筒(2)為薄壁低磁導率材料，可選f 3mm厚的不銹鋼等材料，減小攪拌筒對電磁場的屏蔽作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁剪切熔體處理裝置，其特征在于，所述剪切型螺桿(4)其螺距為I?IOmm,螺紋高為I?10_。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁剪切熔體處理裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)(7)控制閥門(3)開關(guān)、澆口(5)、電磁攪拌器(I)中三組攪拌器的旋轉(zhuǎn)方向以及熔體的溫度。
【文檔編號】B22D1/00GK103658564SQ201210362350
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月25日
【發(fā)明者】湯孟歐, 徐駿, 張志峰, 白月龍, 劉國鈞 申請人:北京有色金屬研究總院