CN101007342A - 一种半固态合金浆料的制备和流变成型的设备 - Google Patents
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Abstract
一种半固态合金浆料的制备和流变成型的设备，属于半固态合金浆料的制备技术领域。由升降机构、过热合金液熔炼炉、浇口杯、垂直的蛇形浇道及低导热衬里、冷却器和加热器、制备坩埚、温度控制器及冷却元件和加热元件、制备坩埚的支撑和推出机构、压铸机及压射室、动型、定型和压射冲头、挤压铸造机及压射室、压射冲头、右型和左型、锻造机及下模和上模、连铸结晶器、二冷水喷嘴、牵引器、引锭杆组成。优点在于：设备构造简单，投资少、生产成本低，非常适合半固态合金浆料或坯料的制备与成型生产。
Description
技术领域
本发明属于半固态合金浆料的制备技术领域，特别提供了一种半固态合金浆料的制备和流变成型的设备。
背景技术
自从七十年代初期美国麻省理工学院(MIT)发明了半固态合金成形技术以来，半固态合金浆料的制备与成型技术引起各国的广泛关注和研究。据文献“Behavior of metal alloys in the semisolid state”(M C Flemings，MetallTrans，1991，22A：957-981)、“Method and apparatus for shaping semisolid metals”(A Mitsuru，S Hiroto，H Yasunori，et al，EP Patent，0745694A1，1996)、“A noveltechnique to produce metal slurries for semi-solid metal processing”(J Wannasin，R A Martinez，M C Flemings，[in]Proc of the 9th Int.Conf.of Semi-SolidProcessing of Alloys and Composites，Busan Korea，2006，p.366-369)、“Rheocasting processes for semi-solid casting of aluminum alloys”(S P Midson，Die Casting Engineer，2006，50(1)：48-51)、“半固态金属及合金浆料或坯料的制备方法”(毛卫民，中国专利，200410009296.X，2004)和《金属材料半固态加工理论与技术》(编著：康永林，毛卫民，胡壮麒，科学出版社，2004)报道，获得半固态合金浆料的方法很多，如机械搅拌法、电磁搅拌法、应变引起的熔体激活法(strain induced melt activation)、晶粒细化和重熔法、紊流效应法、单螺旋搅拌法、双螺旋搅拌法、低过热度倾斜板浇注法、低过热度浇注和弱电磁搅拌法、低过热度浇注和弱机械搅拌法、熔体混合法、控制浇注高度法、气泡搅拌法等。同样，上述文献也提出了许多半固态合金浆料的流变成型方法，如传统机械搅拌式流变成型、压射室制备浆料式流变成型、单螺旋机械搅拌式流变成型、双螺旋机械搅拌式流变成型、低过热度倾斜板浇注式流变成型、低过热度浇注和弱机械搅拌式流变成型、低过热度浇注和弱电磁搅拌式流变成型、SLC式(Sub-Liquidus Casting)流变成型、CRP式(Continuous RheoconversionProcess)流变成型、SEED式(Swirled Enthalpy Equilibation Device)流变成型、CSIR式(The Council for Science and industrial Research)流变成型。但为了降低半固态合金浆料的制备与成型成本，世界各国的学者、专家和工业界仍在不断努力，试图提出新的半固态合金浆料的制备与成型技术。
美国4229210号和4434837号专利提到，在电磁搅拌制备半固态合金浆料的设备中一般都采用强烈的电磁搅拌，即电磁搅拌的功率很大，搅拌所产生的剪切速率一般在500～1500S-1。在这样的剪切速率下，被搅拌合金液的旋转速度很高，一般都超过500转/分钟，这时才能获得细小和球状初晶的半固态合金浆料或坯料，因而坯料的制备成本较高。如果剪切速率小于500S-1，初晶的形态变差，多为蔷薇状初晶，而且半固态合金浆料或坯料表面的枝晶层较厚，这种半固态合金坯料不适于半固态触变成形。在电磁搅拌制备半固态合金浆料的设备中，一般不特别设置用于合金液浇注的垂直的蛇形浇道，即不利用蛇形浇道来冷却合金液体和促进形核，只需将过热合金液平稳地浇入连铸机的热顶承接口或结晶器即可。为了进行强烈的电磁搅拌，电磁搅拌设备庞大，投资很高，而且电磁搅拌功率大、效率低、耗能大，因此半固态合金浆料或坯料的制备成本较高。
文献“Semi-solid processing of engineering alloys by a twin-screwrheomolding process.”(S Ji，Z Fan and M J Bevis，Mater Sci & Eng，2001，299A：210-217)提出：双螺旋机械搅拌流变射铸的设备主要包括液态镁合金供料机构、双螺旋机械搅拌机构、压射机构和中央控制机构。在双螺旋机械搅拌流变射铸的设备中，一般不特别设置用于镁合金液浇注的垂直的蛇形浇道，即不利用蛇形浇道来冷却镁合金液体和促进形核，只需将过热镁合金液平稳地导入双螺旋机械搅拌桶中即可。供料机构能够保证向双螺旋机械搅拌机构提供温度合适和数量合适的液态镁合金；液态镁合金一旦进入搅拌系统，一边被双螺旋搅拌桶强烈地剪切，一边被快速冷却到预期的固相分数；当半固态镁合金浆料到达输送阀时，初生固相已经转变为球状颗粒，并均匀分布在低熔点的液相中；当输送阀打开时，半固态镁合金浆料进入压射室，被压入模具型腔，并在模具中完全凝固，最终形成机械零件。但这种双螺旋机械搅拌流变射铸设备仅适合于镁合金的半固态流变成型。
文献“液相线铸造铝合金2618显微组织”(刘丹，崔建忠，夏可农.东北大学学报.1999，20(2)：173-176)提出：在非搅拌条件下，仅利用控制浇注温度，也可以制备半固态合金浆料，这种方法被称为液相线铸造法，但该方法要求合金液的浇注温度非常接近该合金液的液相线温度，即比该液相线温度高1～5℃，才能获得半固态合金浆料，这使得大容量合金液温度的控制变得十分困难，合金液的流动性也变差，尤其在低导热性合金液或连铸中难以实现工艺操作。如果提高合金液的浇注温度，初晶的球状形态会恶化，由液相线浇注时的球状转变为蔷薇状或枝晶状，这种半固态合金浆料的触变性很差，半固态成形时的变形不均匀，易出现液固相偏析，非常不利于合金的半固态成型。在该制备工艺及设备中，一般不特别设置用于合金液浇注的垂直的蛇形浇道，即不利用蛇形浇道来冷却合金液体和促进形核，只需将过热合金液体平稳地浇入坩埚或铸模即可。
中国专利00109540.4提出了一种制备半固态合金浆料或坯料的方法及设备，即将低过度的合金液直接浇入铸模或连铸结晶器中，同时对该过热合金液进行弱搅拌，就可制备出半固态合金浆料或坯料，而且该半固态合金浆料或坯料纯净，不会受到制备装置的污染，因此该制备方法的设备投资较低、半固态合金浆料或坯料的制备成本较低，半固态合金浆料便于各种流变成型，半固态合金坯料便于各种触变成型。但该方法在制备半固态合金浆料时还需要专门的电磁搅拌设备或机械搅拌设备，整体设备的构成复杂，制备工艺比较麻烦，而且也不特别设置用于合金液浇注的垂直的蛇形浇道，即不利用蛇形浇道来冷却合金液体和促进形核，只需将过热合金液体平稳地浇入制备坩埚即可。
欧洲专利EP 0745691A1提出了New Rheocasting技术与设备，简称NRC。在NRC技术中，首先降低浇注合金的过热度，将合金液浇注到一个倾斜平板(或倾斜圆管、或倾斜半圆管)上，合金熔体流入收集坩埚，再经过适当的冷却凝固，这时的半固态合金熔体中的初生固相就呈球状，均匀分布在低熔点的残余液相中，最后对收集坩埚中的合金浆料进行温度调整，以获得尽可能均匀的温度场或固相分数，最终得到半固态合金浆料，再将该半固态合金浆料进行流变压铸或锻造，就可成型各种零件。在New Rheocasting工艺的设备中，不特别设置用于合金液浇注的垂直的蛇形浇道，即不利用蛇形浇道来冷却合金液体和促进形核，只需将过热合金液体平稳地浇倒倾斜平板(或倾斜圆管、或倾斜半圆管)上即可。但该倾斜板的倾斜角度较小，一般在30～60度(倾斜平板与水平方向的夹角)之间，容易粘挂合金熔体，需要不断清理，也浪费合金。
文献“Idra Prince Rheocasting and Squeeze Casting Technology”(J Yueko，DieCasting Engineer，2002，(4)：20-23)指出：美国麻省理工学院(MIT)的Martinez和Flemings等人提出了一种新的流变成型技术与设备。该技术的核心思想是：将低过热度的合金液浇注到制备坩埚中(该坩埚内径尺寸适合压铸机的压射室尺寸)，利用镀膜的铜棒对坩埚中的合金液进行短时弱机械搅拌，使合金熔体冷却到液相线温度以下，然后移走搅拌铜棒，让坩埚中的半固态合金熔体冷却到预定的温度或固相分数，就得到了半固态合金浆料。将该半固态合金浆料进行流变压铸或锻造，就可成型各种零件。该方法在制备半固态合金浆料时需要专门的机械搅拌设备，整体设备的构成复杂，制备工艺比较麻烦，也未特别设置用于合金液浇注的垂直的蛇形浇道，即不利用蛇形浇道来冷却合金液体和促进形核，只需将过热合金液体平稳地浇入搅拌坩埚即可。
特别需要强调的一点是，以上各种制备半固态合金浆料及流变成型工艺和设备均有自己的特点，也都存在各自的不足，仍然需要提出新的半固态合金浆料的制备与成型装备，以便简化工艺、降低生产成本。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种半固态合金浆料的制备与流变成型的设备。以利用一垂直的蛇形浇道来浇注合金液，促进该合金液的冷却和形核，制备半固态合金浆料与流变成型。
本发明由升降机构2、过热合金液熔炼炉3、浇口杯5、垂直的蛇形浇道6、制备坩埚7、温度控制器9的冷却元件10和加热元件11、制备坩埚7的支撑和推出机构13、压铸机15的压射室14、压铸机的动型16和定型17构成，见图1、图2、图3、图4。升降机构2可以自由调整过热度合金液熔炼炉3的浇口与浇口杯5之间的距离以方便浇注。升降机构2与过热合金液熔炼炉3衔接，过热合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，垂直的蛇形浇道6与制备坩埚7衔接。制备坩埚7与温度控制器9相结合，温度控制器9由冷却元件10、加热元件11和制备坩埚7的支撑和推出机构13组成。制备坩埚7与压铸机15相结合，压铸机15由压射室14、动型16、定型17和压射冲头19组成。
压铸机15的压射室14可由挤压铸造机23的压射室21代替，压铸机的动型16和定型17可由挤压铸造机的右型24和左型25代替，见图5、图6。升降机构2可以自由调整过热度合金液熔炼炉3的浇口与浇口杯5之间的距离以方便浇注。升降机构2与过热合金液熔炼炉3衔接，过热合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，垂直的蛇形浇道6与制备坩埚7衔接。制备坩埚7与温度控制器9相结合，温度控制器9由冷却元件10、加热元件11和制备坩埚7的支撑和推出机构13组成。制备坩埚7与挤压铸造机23相结合，挤压铸造机23由压射室21、压射冲头22、挤压铸造机的右型24和左型25组成。
压铸机的动型16和定型17可由锻造机29的下锻模28和上锻模30代替，见图7、图8。升降机构2可以自由调整过热度合金液熔炼炉3的浇口与浇口杯5之间的距离以方便浇注。升降机构2与过热合金液熔炼炉3衔接，过热合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，垂直的蛇形浇道6与制备坩埚7衔接。制备坩埚7与温度控制器9相结合，温度控制器由冷却元件10和加热元件11及制备坩埚7的支撑和推出机构13组成。制备坩埚7与锻造机29相结合，锻造机29由下锻模28和上锻模30组成。
升降机构2与过热合金液熔炼炉3衔接，过热合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，垂直的蛇形浇道6与压铸机15的压射室14衔接，压铸机15由压射室14、动型16、定型17和压射冲头19组成，见图9、图4。
升降机构2与过热合金液熔炼炉3衔接，过热合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，垂直的蛇形浇道6与挤压铸造机23的压射室21衔接，挤压铸造机23由压射室21、压射冲头22、挤压铸造机的右型24和左型25组成，见图10、图6。
升降机构2与过热合金液熔炼炉3衔接，过热合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，垂直的蛇形浇道6与锻造机29的下锻模28和上锻模30衔接，锻造机29由下锻模28和上锻模30组成，见图11、图8。
升降机构2与过热合金液熔炼炉3衔接，过热合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，垂直的蛇形浇道6与制备坩埚7衔接，见图1。
升降机构2与过热合金液熔炼炉3衔接，过热合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，垂直的蛇形浇道6与连铸结晶器32衔接，连铸结晶器32与连铸坯33衔接，连铸坯33与二冷水喷嘴34、牵引器35和引锭杆36衔接，见图12。
垂直的蛇形浇道6的结构见图13、图14。垂直的蛇形浇道6的外侧可设置冷却器38和加热器39；垂直的蛇形浇道6的材质为非金属或金属；垂直的蛇形浇道6的内壁可以设有低导热衬里37，低导热衬里的厚度为0.2～2mm；垂直的蛇形浇道6的高度为100～1000mm。
制备坩埚的形状为圆柱形容器或多边棱柱形容器，该制备坩埚的材质为非磁性金属(即相对磁导率约为1的金属)或非金属。
本发明的优点在于：将过热度为0～250℃的合金液浇入一垂直的蛇形浇道，该过热合金液沿着该蛇形浇道的内壁向下流动，流入制备坩埚中，以此强化该合金液的激冷和大量增加结晶核心，可获得更加优良的半固态合金浆料；同时控制该合金浆料的后续冷却过程或温度场，准确控制半固态合金浆料的固相分数，然后将该固相分数的半固态合金浆料直接送至压铸机、挤压铸造机或锻造机进行流变成型；或将该半固态合金浆料完全凝固成坯料，用于该合金的半固态触变成型。
这种制备与成型方法取消了复杂的单纯电磁搅拌或机械搅拌装备，也取消了复杂的低过热度浇注和弱搅拌制备中的电磁搅拌或机械搅拌装备，也大大降低了液相线浇注的难度，大大减少了制备能耗，同样可获得优良的半固态合金浆料，明显降低了半固态合金浆料的制备成本。这些半固态合金浆料经过后续的控制冷却或温度场均匀化，将该半固态合金浆料送至压铸机、或挤压铸造机的压射室进行流变成型，或将该半固态合金浆料送至锻造机进行流变成型，大大缩短了半固态合金的触变成型工艺流程，大幅度减少设备投资，明显降低半固态合金成型件的生产成本。
本发明的设备构造简单、设备投资少，铸件、挤压铸件或锻件的生产成本低，非常适合半固态合金的流变成型及坯料的生产。
附图说明
图1是本发明的半固态合金浆料制备与成型工艺及装置示意图。其中升降机构2、过热合金液熔炼炉3、浇口杯5、垂直的蛇形浇道6、制备坩埚7。
图2是本发明的半固态合金浆料制备与成型工艺及装置示意图。其中制备坩埚7、温度控制器9的冷却元件10和加热元件11、制备坩埚7的支撑和推出机构13。
图3是本发明的半固态合金浆料制备与成型工艺及装置示意图。其中制备坩埚7、压铸机的压射室14、压射冲头19。
图4是本发明的半固态合金浆料制备与成型工艺及装置示意图。其中压铸机15的动型16和定型17、压射冲头19。
图5是本发明的半固态合金浆料制备与成型工艺及装置示意图。其中制备坩埚7、挤压铸造机23的压射室21、压射冲头22。
图6是本发明的半固态合金浆料制备与成型工艺及装置示意图。其中挤压铸造机23的右型24和左型25、压射冲头22。
图7是本发明的半固态合金浆料制备与成型工艺及装置示意图。其中制备坩埚7、锻造机29的下锻模28。
图8是本发明的半固态合金浆料制备与成型工艺及装置示意图。其中锻造机29的下锻模28、上锻模30。
图9是本发明的半固态合金浆料制备与成型工艺及装置示意图。其中升降机构2、过热合金液熔炼炉3、浇口杯5、垂直的蛇形浇道6、压铸机15的压射室14、压射冲头19。
图10是本发明的半固态合金浆料制备与成型工艺及装置示意图。其中升降机构2、过热合金液熔炼炉3、浇口杯5、垂直的蛇形浇道6、挤压铸造机23的压射室21、压射冲头22。
图11是本发明的半固态合金浆料制备与成型工艺及装置示意图。其中升降机构2、过热合金液熔炼炉3、浇口杯5、垂直的蛇形浇道6、锻造机29的下锻模28。
图12是本发明的半固态合金坯料制备工艺及装置示意图。其中升降机构2、过热合金液熔炼炉3、浇口杯5、垂直的蛇形浇道6、连铸结晶器32，连铸坯33，二冷水喷嘴34，牵引器35和引锭杆36。
图13是本发明的半固态合金坯料制备工艺及装置示意图。其中垂直的蛇形浇道6、低导热涂料37、冷却器38。
图14是本发明的半固态合金坯料制备工艺及装置示意图。其中垂直的蛇形浇道6、低导热涂料37、加热器39。
具体实施方式
参照图1、图2、图3、图4和图13，这是按上述技术特点提供的工艺流程及装置。该工艺设置升降机构2，该升降机构2利用液压系统驱动；该过热ZL101A铝合金(即亚共晶Al-7wt％Si-0.45wt％Mg铝合金)液熔炼炉3是电阻熔化炉，该电阻熔化炉的保温性能良好，能够保证ZL101A铝合金液4的温控精度，温控精度为±10℃；该过热ZL101A铝合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，该浇口杯由石墨制作；该浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，该蛇形浇道6的高度为300mm、内径为15mm，蛇形浇道6的内部弧形弯道为3个，该蛇形浇道6由石墨制作；该蛇形浇道6与半固态ZL101A铝合金浆料的制备坩埚7衔接，该制备坩埚7由奥氏体型不锈钢制作，该制备坩埚7的内部尺寸为φ80×200mm，浇注前该制备坩埚7处于室温；该制备坩埚7与温度控制器9相结合，温度控制器9由冷却元件10、加热元件11和制备坩埚7的支撑和推出机构13组成，冷却元件10由循环的室温空气构成，加热元件11由中频电磁感应圈构成，制备坩埚7的支撑和推出机构13由绝热材料的托块和钢支架构成；该制备坩埚7与压铸机15相结合，压铸机15由压射室14、动型16、定型17和压射冲头19组成。调整过热ZL101A铝合金液熔炼炉3的升降机构2，将630℃的过热ZL101A铝合金液4浇入浇口杯5内，该过热ZL101A铝合金液4沿着蛇形浇道6的内壁向下流动，并流入制备坩埚7中，凝固5秒钟时，即可得到半固态ZL101A铝合金浆料8；将该制备坩埚7连同其中的半固态ZL101A铝合金浆料8移至温度控制器9中，调整该温度控制器9的1000Hz中频电磁感应圈11的功率，使该制备坩埚7连同其中的半固态ZL101A铝合金浆料8进一步冷却，冷却速度为5℃/min，最终使该半固态ZL101A铝合金8的固相分数控制在预定的0.2～0.7或使浆料的温度控制在预定的580～600℃；在该冷却过程中，该半固态ZL101A铝合金浆料8的边缘和心部的温度差小于±3℃；最后，支撑和推出机构13将该半固态ZL101A铝合金浆料8连同制备坩埚7推出温度控制器9；将该半固态ZL101A铝合金浆料8倒入压铸机15的压射室14内，加压成型，持压5～8秒，开型取出压铸件，就完成了一次半固态ZL101A铝合金浆料的流变压铸；在流变压铸前，压射室14预热温度为250℃，压铸型16和17的预热温度为300℃。
参照图1、图2、图5、图6和图13，这是按上述技术特点提供的工艺流程及装置。该工艺设置升降机构2，该升降机构2利用液压系统驱动；该过热ZL101A铝合金(即亚共晶Al-7wt％Si-0.45wt％Mg铝合金)液熔炼炉3是电阻熔化炉，该电阻熔化炉的保温性能良好，能够保证ZL101A铝合金液4的温控精度，温控精度为±10℃；该过热ZL101A铝合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，该浇口杯由石墨制作；该浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，该蛇形浇道6的高度为400mm、内径为25mm，蛇形浇道6的内部弧形弯道为3个，该蛇形浇道6由石墨制作；该蛇形浇道6与半固态ZL101A铝合金浆料的制备坩埚7衔接，该制备坩埚7由奥氏体型不锈钢制作，该制备坩埚7的内部尺寸为φ80×200mm，浇注前该制备坩埚7处于室温；该制备坩埚7与温度控制器9相结合，温度控制器9由冷却元件10、加热元件11和制备坩埚的支撑和推出机构13组成，冷却元件10由循环的室温空气构成，加热元件11由中频电磁感应圈构成，制备坩埚的支撑和推出机构13由绝热材料的托块和钢支架构成；该制备坩埚7与挤压铸造机23相结合，挤压铸造机23由压射室21、压射冲头22、右型24和左型25组成。调整过热ZL101A铝合金液熔炼炉3的升降机构2，将630℃的过热ZL101A铝合金液4浇入浇口杯5内，该过热ZL101A铝合金液4沿着蛇形浇道6的内壁向下流动，并流入制备坩埚7中，凝固5秒钟时，即可得到半固态ZL101A铝合金浆料8；将制备坩埚7连同其中的半固态ZL101A铝合金浆料8移至温度控制器9中，调整该温度控制器9的1000Hz中频电磁感应圈11的功率，使该制备坩埚7连同其中的半固态ZL101A铝合金浆料8进一步冷却，冷却速度为5℃/min，最终使该的半固态ZL101A铝合金8的固相分数控制在预定的0.2～0.7或使浆料的温度控制在预定的580～600℃；在该冷却过程中，该半固态ZL101A铝合金浆料8的边缘和心部的温度差小于±3℃；最后，支撑和推出机构13将该半固态ZL101A铝合金浆料8连同制备坩埚7推出温度控制器9；将该半固态ZL101A铝合金浆料8倒入挤压铸造机23的压射室21内，加压成型，持压5～8秒，开型取出挤压铸件，就完成了一次半固态ZL101A铝合金浆料的流变挤压铸造；在流变挤压铸造前，压射室21预热温度为250℃，挤压铸造机的右型24和左型25的预热温度为300℃。
参照图1、图2、图7、图8和图13，这是按上述技术特点提供的工艺流程及装置。该工艺设置升降机构2，该升降机构2利用液压系统驱动；该过热ZL101A铝合金(即亚共晶Al-7wt％Si-0.45wt％Mg铝合金)液熔炼炉3是电阻熔化炉，该电阻熔化炉的保温性能良好，能够保证ZL101A铝合金液4的温控精度，温控精度为±10℃；该过热ZL101A铝合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，该浇口杯由石墨制作；该浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，该蛇形浇道6的高度为400mm、内径为25mm，蛇形浇道6的内部弧形弯道为3个，该蛇形浇道6由石墨制作；该蛇形浇道6与半固态ZL101A铝合金浆料的制备坩埚7衔接，该制备坩埚7由奥氏体型不锈钢制作，该制备坩埚7的形状为等六边棱柱，其内部的对边弦距为80mm、高度为200mm，浇注前该制备坩埚7处于室温；该制备坩埚7与温度控制器9相结合，温度控制器9由冷却元件10、加热元件11和制备坩埚的支撑和推出机构13组成，冷却元件10由循环的室温空气构成，加热元件11由中频电磁感应圈构成，制备坩埚的支撑和推出机构13由绝热材料的托块和钢支架构成；该制备坩埚7与锻造机29相结合，锻造机29由下锻模28和上锻模30组成。调整过热ZL101A铝合金液熔炼炉3的升降机构2，将660℃的过热ZL101A铝合金液4浇入浇口杯5内，该过热ZL101A铝合金液4沿着蛇形浇道6的内壁向下流动，并流入制备坩埚7中，凝固10秒钟时，即可得到半固态ZL101A铝合金浆料8；将该制备坩埚7连同其中的半固态ZL101A铝合金浆料8移至温度控制器9中，调整该温度控制器9的1000Hz中频电磁感应圈11的功率，使该制备坩埚7连同其中的半固态ZL101A铝合金浆料8进一步冷却，冷却速度为5℃/min，最终使该半固态ZL101A铝合金8的固相分数控制在预定的0.2～0.7或使浆料的温度控制在预定的580～600℃；在该冷却过程中，该半固态ZL101A铝合金浆料8的边缘和心部的温度差小于±3℃；最后，支撑和推出机构13将该半固态ZL101A铝合金浆料8连同制备坩埚7推出温度控制器9；将该半固态ZL101A铝合金浆料8倒入锻造机29的下锻模28内，加压成型，持压5～8秒，开型取出锻件，就完成了一次半固态ZL101A铝合金浆料的流变锻造；在流变锻造前，下锻模28和上锻模30的预热温度为300℃。
参照图9、图4和图13，这是按上述技术特点提供的工艺流程及装置。该工艺设置升降机构2，该升降机构2利用液压系统驱动；该过热ZL101A铝合金(即亚共晶Al-7wt％Si-0.45wt％Mg铝合金)液熔炼炉3是电阻熔化炉，该电阻熔化炉的保温性能良好，能够保证ZL101A铝合金液4的温控精度，温控精度为±10℃；该过热ZL101A铝合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，该浇口杯由石墨制作；该浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，该蛇形浇道6的高度为800mm、内径为30mm，蛇形浇道6的内部弧形弯道为3个，该蛇形浇道6由石墨制作；该蛇形浇道6与冷却器38相结合，该冷却器38由冷却水套构成，冷却水的流量为每分钟1300升；该蛇形浇道6与压铸机15相结合，压铸机15由压射室14、动型16、定型17和压射冲头19组成。调整过热ZL101A铝合金液熔炼炉3的升降机构2，将750℃的过热ZL101A铝合金液4浇入浇口杯5内，该过热ZL101A铝合金液4沿着蛇形浇道6的内壁向下流动，并流入压铸机15的压射室14内，加压成型，持压5～8秒，开型取出压铸件，就完成了一次半固态ZL101A铝合金浆料的流变压铸；在流变压铸前，压射室14预热温度为250℃，压铸型16和17的预热温度为300℃。
参照图10、图6和图13，这是按上述技术特点提供的工艺流程及装置。该工艺设置升降机构2，该升降机构2利用液压系统驱动；该过热ZL101A铝合金(即亚共晶Al-7wt％Si-0.45wt％Mg铝合金)液熔炼炉3是电阻熔化炉，该电阻熔化炉的保温性能良好，能够保证ZL101A铝合金液4的温控精度，温控精度为±10℃；该过热ZL101A铝合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，该浇口杯由石墨制作；该浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，该蛇形浇道6的高度为1000mm、内径为40mm，蛇形浇道6的内部弧形弯道为3个，该蛇形浇道6由石墨制作；该蛇形浇道6与冷却器38相结合，该冷却器38由冷却水套构成，冷却水的流量为每分钟1000升；该蛇形浇道6与挤压铸造机23相结合，挤压铸造机23由压射室21、压射冲头22、右型24和左型25组成。调整过热ZL101A铝合金液熔炼炉3的升降机构2，将680℃的过热ZL101A铝合金液4浇入浇口杯5内，该过热ZL101A铝合金液4沿着蛇形浇道6的内壁向下流动，并流入挤压铸造机23的压射室21内，加压成型，持压5～8秒，开型取出挤压铸件，就完成了一次半固态ZL101A铝合金浆料的流变挤压铸造；在流变挤压铸造前，压射室21预热温度为250℃，挤压铸造机23的右型24和左型25型预热温度为300℃。
参照图11、图8和图13，这是按上述技术特点提供的工艺流程及装置。该工艺设置升降机构2，该升降机构2利用液压系统驱动；该过热ZL101A铝合金(即亚共晶Al-7wt％Si-0.45wt％Mg铝合金)液熔炼炉3是电阻熔化炉，该电阻熔化炉的保温性能良好，能够保证ZL101A铝合金液4的温控精度，温控精度为±10℃；该过热ZL101A铝合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，该浇口杯由SiC陶瓷制作；该浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，该蛇形浇道6的高度为400mm、内径为25mm，蛇形浇道6的内部弧形弯道为3个，该蛇形浇道6由纯铜制作；该蛇形浇道6与低导热涂料37衔接，该低导热涂料37主要由石英粉组成，其厚度为0.5mm；该蛇形浇道6与锻造机29相结合，锻造机29由下锻模28和上锻模30组成。调整过热ZL101A铝合金液熔炼炉3的升降机构2，将700℃的过热ZL101A铝合金液4浇入浇口杯5内，该过热ZL101A铝合金液4沿着蛇形浇道6的内壁向下流动，并流入锻造机29的下锻模28内，加压成型，持压5～8秒，开型取出锻件，就完成了一次半固态ZL101A铝合金浆料的流变锻造；在流变锻造前，下锻模28和上锻模30的预热温度为300℃。
参照图1和图13，这是按上述技术特点提供的工艺流程及装置。该工艺设置升降机构2，该升降机构2利用液压系统驱动；该过热ZL101A铝合金(即亚共晶Al-7wt％Si-0.45wt％Mg铝合金)液熔炼炉3是电阻熔化炉，该电阻熔化炉的保温性能良好，能够保证ZL101A铝合金液4的温控精度，温控精度为±10℃；该过热ZL101A铝合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，该浇口杯由石墨制作；该浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，该蛇形浇道6的高度为600mm、内径为35mm，蛇形浇道6的内部弧形弯道为3个，该蛇形浇道6由石墨制作；该蛇形浇道6与冷却器38相结合，该冷却器38由冷却水套构成，冷却水的流量为每分钟1500升；该蛇形浇道6与制备坩埚7衔接，该制备坩埚7由碳钢制作，该制备坩埚7的内部尺寸为φ80×1500mm，浇注前该制备坩埚7处于室温。调整过热ZL101A铝合金液熔炼炉3的升降机构2，将680℃的过热ZL101A铝合金液4浇入浇口杯5内，该过热ZL101A铝合金液4沿着蛇形浇道6的内壁向下流动，并流入制备坩埚7内，完全凝固后就形成了半固态ZL101A铝合金坯料，可供半固态触变成型使用。
参照图12和图13，这是按上述技术特点提供的工艺流程及装置。该工艺设置升降机构2，该升降机构2利用液压系统驱动；该过热ZL101A铝合金(即亚共晶Al-7wt％Si-0.45wt％Mg铝合金)液熔炼炉3是电阻熔化炉，该电阻熔化炉的保温性能良好，能够保证ZL101A铝合金液4的温控精度，温控精度为±10℃；该过热ZL101A铝合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，该浇口杯由石墨制作；该浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，该蛇形浇道6的高度为1000mm、内径为90mm，蛇形浇道6的内部弧形弯道为3个，该蛇形浇道6由石墨制作；该蛇形浇道6与冷却器38相结合，该冷却器38由冷却水套构成，冷却水的流量为每分钟3000升；该蛇形浇道6与立式连铸机的结晶器32衔接，该立式连铸机由连铸结晶器32、二冷水喷嘴34、牵引器35和引锭杆36组成。调整过热ZL101A铝合金液熔炼炉3的升降机构2，将700℃的过热ZL101A铝合金液4浇入浇口杯5内，该过热ZL101A铝合金液4沿着蛇形浇道6的内壁向下流动，并流入立式连铸机的直径为80mm的结晶器32内，在该结晶器32的内壁凝固成坯壳，连铸坯33被该引锭杆36和牵引器35牵引出结晶器32，牵引出结晶器的连铸坯33被二冷水喷嘴34喷出的冷却水继续冷却，二次冷却的流量为每分钟8000升，连铸坯33的牵引速度为每分钟500mm；连铸坯33就是半固态ZL101A铝合金坯料，可供半固态触变成型使用。
参照参照图1、图2、图3、图4和图14，这是按上述技术特点提供的工艺流程及装置。该工艺设置升降机构2，该升降机构2利用液压系统驱动；该过热ZL117铝合金(即过共晶Al-20wt％Si-1.8wt％Cu-1.0wt％RE铝合金)液熔炼炉3是电阻熔化炉，该电阻熔化炉的保温性能良好，能够保证ZL117铝合金液4的温控精度，温控精度为±10℃；该过热ZL117铝合金液熔炼炉3与浇口杯5衔接，该浇口杯由石墨制作；该浇口杯5与垂直的蛇形浇道6衔接，该蛇形浇道6的高度为400mm、直径为25mm，蛇形浇道6的内部弧形弯道为3个，该蛇形浇道6由石墨制作；该蛇形浇道6与加热器39相结合，该加热器39由环绕的电阻丝构成；该蛇形浇道6与半固态ZL117铝合金浆料的制备坩埚7衔接，该制备坩埚7由奥氏体型不锈钢制作，该制备坩埚7的内部尺寸为φ80×200mm，浇注前该制备坩埚7处于室温；该制备坩埚7与温度控制器9相结合，温度控制器9由冷却元件10、加热元件11和制备坩埚的支撑和推出机构13组成，冷却元件10由循环的室温空气构成，加热元件11由中频电磁感应圈构成，制备坩埚的支撑和推出机构13由绝热材料的托块和钢支架构成；该制备坩埚7与压铸机15相结合，压铸机由压射室14、动型16、定型17和压射冲头19组成。调整过热ZL117铝合金液熔炼炉3的升降机构2，将695℃的过热ZL117铝合金液4浇入浇口杯5内，该过热ZL117铝合金液4沿着蛇形浇道6的内壁向下流动，并流入制备坩埚7中，凝固5秒钟时，即可得到半固态ZL117铝合金浆料8；在浇注过程之前和之中，该蛇形浇道6被该加热器39预热和加热，加热电压为220V、加热功率为1000W，该蛇形浇道6的温度控制在300±5℃；将该制备坩埚7连同其中的半固态ZL117铝合金浆料8移至温度控制器9中，调整该温度控制器9的1000Hz中频电磁感应圈11的功率，使该制备坩埚7连同其中的半固态ZL117铝合金浆料8进一步冷却，冷却速度为5℃/min，最终使该半固态ZL117铝合金8的固相分数控制在预定的0.2～0.6或使浆料的温度控制在预定的580～590℃；在该冷却过程中，该半固态ZL117铝合金浆料8的边缘和心部的温度差小于±3℃；最后，支撑和推出机构13将该半固态ZL117铝合金浆料8连同制备坩埚7推出温度控制器9；将该半固态ZL117铝合金浆料8倒入压铸机15的压射室14内，加压成型，持压5～8秒，开型取出压铸件，就完成了一次半固态ZL117铝合金浆料的流变压铸；在流变压铸前，压射室14预热温度为250℃，压铸型16和17的预热温度为300℃。
为实施该发明的装置既适合于铝基合金的半固态合金浆料的制备与成型，也适合于镁基合金、锌基合金、铜基合金、镍基合金、钴基合金、和铁基合金的半固态浆料的制备与成型。
Claims (8)
1、一种半固态合金浆料的制备和流变成型设备，其特征在于：由升降机构(2)、过热合金液熔炼炉(3)、浇口杯(5)、垂直的蛇形浇道(6)及低导热衬里(37)、冷却器(38)和加热器(39)、制备坩埚(7)、温度控制器(9)及冷却元件(10)和加热元件(11)、制备坩埚(7)的支撑和推出机构(13)、压铸机(15)及压射室(14)、动型(16)、定型(17)和压射冲头(19)、挤压铸造机(23)及压射室(21)、压射冲头(22)、右型(24)和左型(25)、锻造机(29)及下模(28)和上模(30)、连铸结晶器(32)、二冷水喷嘴(34)、牵引器(35)、引锭杆(36)组成；升降机构(2)与过热合金液熔炼炉(3)衔接，过热合金熔炼炉(3)与浇口杯(5)衔接，浇口杯(5)与垂直的蛇形浇道(6)衔接，垂直的蛇形浇道(6)与制备坩埚(7)衔接，制备坩埚(7)与温度控制器(9)相结合，制备坩埚(7)与压铸机(15)的压射室(14)相结合，压射室(14)与压铸型动型(16)、定型(17)和压射冲头(19)衔接；
2、按照权利要求1所述的装置，其特征在于：制备坩埚(7)与挤压铸造机(23)的压射室(21)相结合，压射室(21)与压射冲头(22)、右型(24)和左型(25)衔接；或制备坩埚(7)与锻造机(29)的下模(28)相结合，下模(28)与上模(30)衔接。
3、按照权利要求1所述的装置，其特征在于：垂直的蛇形浇道(6)与压铸机(15)的压射室(14)相结合，压射室(14)与压铸型动型(16)、定型(17)和压射冲头(19)；或垂直的蛇形浇道(6)与挤压铸造机(23)的压射室(21)相结合，压射室(21)与压射冲头(22)、右型(24)和左型(25)衔接；或垂直的蛇形浇道(6)与锻造机(29)的下模(28)相结合，下模(28)与上模(30)衔接；或垂直的蛇形浇道(6)与连铸结晶器(32)衔接，连铸结晶器(32)与二冷水喷嘴(34)、牵引器(35)、引锭杆(36)衔接。
4、按照权利要求1所述的装置，其特征在于：升降机构(2)与过热合金液熔炼炉(3)衔接，过热合金熔炼炉(3)与浇口杯(5)衔接，浇口杯(5)与垂直的蛇形浇道(6)衔接，垂直的蛇形浇道(6)与制备坩埚(7)；
5、按照权利要求1或3所述的装置，其特征在于：垂直的蛇形浇道(6)的高度在100～1000mm之间、内径在5～100mm之间，垂直的蛇形浇道(6)的内部弧形弯道在1～10之间；浇注合金液过程中垂直的蛇形浇道(6)的温度低于该浇注合金液的固相线温度；垂直的蛇形浇道(6)的材质为非金属或金属；垂直的蛇形浇道的内壁涂刷低导热衬里，该低导热衬里的厚度为0.2～2mm。
6、按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于：制备坩埚(7)的形状为圆柱形容器或多边棱柱形容器，制备坩埚(7)的材质为相对磁导率为0.9～1.1的非磁性金属或非金属。
7、按照权利要求1、或3、4、5任何一项所述的装置，其特征在于：垂直的蛇形浇道(6)的冷却器(38)由冷却水套或其它冷却液体套组成，加热器(39)由电阻加热丝或电磁感应加热器组成。
8、按照权利要求1所述的装置，其特征在于：温度控制器(9)由冷却元件(10)和加热元件(11)组成；加热元件为电磁感应加热器或电阻丝；冷却元件为室温空气或室温氩气、或SF6与空气的混合物，或液体水。
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