一種細(xì)化金屬凝固組織的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種細(xì)化金屬凝固組織的裝置，屬于材料科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。裝置結(jié)構(gòu)包括熔煉裝置、半固態(tài)漿料制備裝置和盛放坯料裝置，半固態(tài)漿料制備裝置的主體是內(nèi)部有通道且?guī)в锌販匮b置的傾斜板，傾斜板內(nèi)部通道的長度為80～100mm、通道的寬度是50～100mm、高度為5～50mm，傾斜板固定后內(nèi)部通道與水平面的夾角為10～70°；通道的上端入口與熔煉裝置相連、下端出口對準(zhǔn)盛放坯料裝置。裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作簡單方便，設(shè)備成本低，可以與后續(xù)的成型設(shè)備連接，直接加工鑄件。
【專利說明】一種細(xì)化金屬凝固組織的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種細(xì)化金屬凝固組織的裝置，屬于材料科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]半固態(tài)成型技術(shù)，簡稱SSM，是由美國麻省理工學(xué)院的M.C.Flemings在20世紀(jì)70年代提出的，該技術(shù)是在金屬液凝固過程中，對其進(jìn)行劇烈攪拌、擾動、改變晶粒細(xì)化劑或進(jìn)行快速凝固，即改變出生固相的形核長大過程，得到一種液態(tài)金屬母液中均勻的懸浮著一定球狀初生固相的固-液混合漿料。這種半固態(tài)金屬漿料具有很好的流動性，易于通過普通的加工方法制成成品。
[0003]半固態(tài)成形技術(shù)是一種金屬成形的新技術(shù)，與普通的成形技術(shù)相比，其具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):(I)半固態(tài)漿料不存在宏觀偏析，并且晶粒細(xì)小、均勻、圓整度高，大大減少了鑄件內(nèi)的裂紋，空洞，成分偏析等鑄造缺陷，可以得到優(yōu)質(zhì)的鑄件；(2)半固態(tài)漿料的粘度比液態(tài)金屬高，容易控制，成形時不易噴濺，改善了沖型過程，可以減少金屬的裹氣和氧化，挺高成形件的致密性；(3)半固態(tài)漿料的沖型溫度低，降低了模具的熱負(fù)荷，從而增加了模具的使用壽命；(4)加熱半固態(tài)漿料比金屬坯體的溫度低，可以大大的節(jié)約能源；(5)半固態(tài)漿料成形應(yīng)力低，成形速度高，可以成形復(fù)雜的零件，縮短了加工周期，降低了生產(chǎn)成本，提聞了生廣效率，易于實(shí)現(xiàn)自動化。
[0004]半固態(tài)成形技術(shù)中一個關(guān)鍵問題就是制備優(yōu)質(zhì)的半固態(tài)漿料，其核心是如何獲得具有等軸、細(xì)小、均勻的非支晶初生相的半固態(tài)漿料。目前半固態(tài)的制漿方法主要有兩大類:一類是在外力和外電場作用下打破已成形的枝晶，主要包括機(jī)械攪拌法，電磁攪拌法，應(yīng)變誘發(fā)熔體激活法，噴射沉積法，等溫?zé)崽幚矸ǎ瑑A斜板冷卻法等；另一類是通過控制凝固過程來抑制枝晶成形的方法，主要包括添加劑法等。以上各種制備半固態(tài)漿料的方法都各自有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，也被廣泛的應(yīng)用于金屬材料的研究與制備中。到目前為止，半固態(tài)金屬成形技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于鋁基及鎂基合金。
[0005]傾斜板冷卻法是1996年由日本宇部株式會社實(shí)用新型用于制造鋁合金和鎂合金半固態(tài)漿料的新工藝，該方法的成形過程為:將高于金屬液相線某一溫度的金屬液流經(jīng)由石墨或者是合金鋼做成的傾斜板冷卻體上，通過冷卻體的激冷作用，金屬液快速形核長大，并且由于在流淌的過程中金屬熔體內(nèi)部晶粒間不斷的相互剪切、碰撞、摩擦，最終得到細(xì)小、均勻的球狀先共晶組織。該技術(shù)原理具有工藝簡便、設(shè)備成本低、占地面積小、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)是其他技術(shù)所無法比擬的。
[0006]利用傾斜板制備半固態(tài)漿料的方法其核心技術(shù)是在于通過控制金屬液的澆注溫度，傾斜板與水平面之間的夾角，傾斜板長度，是否對傾斜板進(jìn)行預(yù)熱以及預(yù)熱溫度等工藝參數(shù)來得到等軸，細(xì)小，均勻的非枝晶初生相的半固態(tài)漿料。所以可以利用這一原理將傾斜板制造半固態(tài)漿料的原理運(yùn)用到金屬晶粒細(xì)化上來。到目前為止，國內(nèi)外細(xì)化晶粒的方法都是借助外來的能量，如:振動、攪拌、對流和超聲波處理等；或是加入一些孕育劑增加非自發(fā)形核來達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。但是外來能量需要特殊的設(shè)備，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中很難實(shí)現(xiàn)；添加孕育劑成本高，工藝復(fù)雜而且會使金屬液中外來顆粒，夾雜增加，降低成形后金屬件的塑性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]為了在簡單的設(shè)備條件下制備出不影響金屬件性能的細(xì)小的金屬凝固組織，本實(shí)用新型提出一種細(xì)化金屬凝固組織的裝置。
[0008]本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)包括熔煉裝置、半固態(tài)漿料制備裝置和盛放坯料裝置，半固態(tài)漿料制備裝置的主體是內(nèi)部有通道且?guī)в锌販匮b置的傾斜板14，傾斜板14內(nèi)部通道的長度為80?100mm、通道的寬度是50?100mm、高度為5?50mm，傾斜板14固定后內(nèi)部通道與水平面的夾角為10?70° ;通道的上端入口與熔煉裝置相連、下端出口對準(zhǔn)盛放坯料裝置3。
[0009]所述傾斜板14與水平面的夾角為10?70°，內(nèi)部通道自上往下設(shè)置3?10°的
偏移角度，便于清理。
[0010]所述傾斜板14的控溫裝置是在傾斜板14的內(nèi)部有加熱器8和導(dǎo)熱油9，傾斜板的上端和下端分別安裝有出油口 6和進(jìn)油口 12，傾斜板內(nèi)部有熱電偶10控溫。
[0011]所述熔煉裝置為保溫爐4內(nèi)部放置有坩堝2，坩堝2的底端通過錐形棒I控制開關(guān)，熔煉裝置通過漏斗3將金屬液5導(dǎo)入傾斜板裝置。
[0012]所述傾斜板14通過支架11固定在地面。
[0013]本實(shí)用新型針對的方法是將金屬液流經(jīng)一個帶有預(yù)熱裝置，并且傾斜通道較短的傾斜板，由于傾斜板的激冷作用，金屬液在傾斜板上受到深度過冷，金屬熔體大量形核，此時由于傾斜通道較短，熔體受到的冷卻時間較短，快速形成的晶核大部分還來不及長大就脫離了傾斜板，所以得到的晶粒細(xì)小，并且通過導(dǎo)熱油對傾斜板的溫度進(jìn)行控制，防止傾斜板升溫，保證了其持續(xù)的激冷作用，在連續(xù)的澆注過程中不斷獲得細(xì)小，圓整，均勻的組織。獲得細(xì)小組織以后通過各種成型方法得到性能優(yōu)越的鑄件。
[0014]本實(shí)用新型提供的細(xì)化金屬凝固組織的裝置，其核心是利用傾斜板作為細(xì)化金屬凝固組織的冷卻體，傾斜板上流淌有金屬液，傾斜板是在長方體內(nèi)部開的以各半封閉的通道，為了以后方便清理傾斜板上設(shè)置了角度為3?10度的錐度，傾斜板是由45鋼制成，在傾斜通道內(nèi)部的各個表面上都涂有石墨涂料，在傾斜板的底部設(shè)有一個內(nèi)部有加熱器的保溫箱，保溫箱的上方設(shè)有出油口，下方有進(jìn)油口，側(cè)面還設(shè)有熱電偶對保溫箱內(nèi)的導(dǎo)熱油進(jìn)行測溫，傾斜板的下方與水槽或者成型設(shè)備相連，上端與調(diào)溫澆注設(shè)備的澆注口相連，調(diào)溫澆注設(shè)備為現(xiàn)有傾斜板法制備半固態(tài)漿料的設(shè)備，包括爐體，設(shè)于爐體內(nèi)的坩堝和設(shè)于爐體上方的錐形棒，所屬傾斜板與地面的傾斜角度可調(diào)，角度控制在10?70°，由支架11控制，如圖1、圖2。
[0015]工作時:將熔煉好的金屬液倒入坩堝2中，通過連接到保溫爐上的溫控系統(tǒng)監(jiān)控金屬液的溫度，當(dāng)金屬液的溫度達(dá)到液相線溫度以上30?100°C時，通過提拉保溫爐中的錐形棒將金屬液澆注到漏斗中，金屬液自漏斗往下流，流到傾斜板上并沿傾斜板向下流淌，最終流到水槽或者成型裝置中，即獲得細(xì)小，圓整，均勻的金屬凝固組織。
[0016]以下通過實(shí)施的例子對本裝置的效果法做進(jìn)一步的描述。選用材料為高鉻鑄鐵，工藝參數(shù):傾斜板長度為100mm，澆注溫度為1350?1450°C，傾斜板傾斜角度為10°?70°，傾斜板預(yù)熱溫度為25~150°C。
[0017]根據(jù)上述工藝參數(shù)范圍的實(shí)施例見下表:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種細(xì)化金屬凝固組織的裝置，其特征在于:包括熔煉裝置、半固態(tài)漿料制備裝置和盛放坯料裝置，半固態(tài)漿料制備裝置的主體是內(nèi)部有通道且?guī)в锌販匮b置的傾斜板(14)，傾斜板(14)內(nèi)部通道的長度為80?100mm、通道的寬度是50?100mm、高度為5?50mm，傾斜板(14)固定后內(nèi)部通道與水平面的夾角為10?70° ;通道的上端入口與熔煉裝置相連、下端出口對準(zhǔn)盛放坯料裝置(3 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)化金屬凝固組織的裝置，其特征在于:所述傾斜板(14)與水平面的夾角為10?70°，內(nèi)部通道自上往下設(shè)置3?10°的偏移角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)化金屬凝固組織的裝置，其特征在于:所述傾斜板(14)的控溫裝置是在傾斜板(14)的內(nèi)部有加熱器(8)和導(dǎo)熱油(9)，傾斜板的上端和下端分別安裝有出油口(6)和進(jìn)油口( 12)，傾斜板內(nèi)部有熱電偶(10)控溫。
【文檔編號】B22D1/00GK203737962SQ201320671060
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】周榮鋒, 王慧, 蔣業(yè)華, 周榮 申請人:昆明理工大學(xué)