CN101011728A - 多管分散强冷制备半固态金属浆料或坯料的新工艺 - Google Patents

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一种多管分散强冷制备半固态金属浆料或坯料的新工艺，其工艺步骤如下：(1)将中间包内熔化的金属液体通过冷却铜管进行强冷；(2)根据单位时间所需浆料多少或坯料的大小选用1－12根冷却铜管同时进行分散冷却；(3)以每秒钟5～2000毫升的流量对冷却铜管外施加冷却介质；(4)调节冷却介质流量，使冷却铜管内的金属液体的出口温度达到金属的结晶温度附近。本发明的优点是：(1)工艺具有投资少，设备制作简单等特点；(2)金属液体冷却过程中无二次氧化，保证半固态金属坯料的质量；(3)工艺稳定，易控制掌握；(4)半固态金属坯料尺寸不受限制。

Description

多管分散强冷制备半固态金属浆料或坯料的新工艺
技术领域
本发明涉及一种多管分散强冷制备半固态金属浆料或坯料的新工艺。
背景技术
目前，我国汽车工业正从载重卡车向轻型汽车和轿车发展的战略转移。铸件在汽车工业中占有重要地位，铸件重量约占汽车自重的20％--30％。当前，随着全球性的能源紧张和生态环境的日益恶化，要求汽车的重量轻、油耗省和尾气排放低的呼声越来越高。因此，汽车工业的发展趋势是用轻合金取代传统的黑色金属材料，如钢和铸铁，实现汽车的轻量化和节能化。因此，发达国家汽车工业对铝合金和镁合金等轻金属的需求量越来越大。轿车工业中铝合金铸件在2001年占整个铸件总量的50％左右，甚至出现全铝发动机和全铝车身。现在我国已将汽车工业的发展正式列入国民经济支柱产业，可以相信在不久的将来，我国的汽车用铝合金铸件的需求量将大大增加，而现在使用的铝合金铸件所占份额还不到发达国家的四分之一。我国四大引进轿车车型(桑塔纳、捷达、富康、夏利)的汽缸盖、制动泵和变速箱箱体等铸件是国产化的关键零件。国内生产铝铸件大多采用较复杂的低压铸造工艺，废品率高达25％，这种工艺生产率低。对铝合金铸件在铸型中的凝固特性及其铸造工艺的研究也较薄弱。
半固态金属加工技术是20世纪70年代发展起来的一种金属成形新工艺，它将制备的非枝晶半固态金属坯料，经再次加热到半固态进行挤压或压铸成形。由于半固态金属在成形前已是固液两相共存，易于均质变形，且高粘度的半固态浆料可以在填充时不发生紊流而平稳充型，同时半固态金属坯料的初生相为球状而使变形抗力显著下降，使铸件的加工性能和内在质量都优于常规铸件；该工艺还可以制造近终形制品。
半固态成形的工艺路线有两条：一条是将获得的半固态金属浆料在保持其半固态温度的条件下直接进行半固态成形，通常被称为流变铸造(Rheocasting)；另一条是将半固态浆料冷却凝固成坯料后，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度，然后进行成形加工，通常被称为触变成形(Thixoforming)。在实际工业生产中，主要采用后一种工艺。最近又研究和开发成功几种直接触变成形(Thixomolding)的新工艺。
实现上述的两种半固态成形方法的首要条件是要获得理想的半固态金属浆料，为此，国内外开展了广泛的研究与竞争，目前已有制浆方法有以下几种：新MIT工艺、冷却斜槽法、双螺旋流变注射成形法、剪切-冷却-轧制法、不同液体混合法、近液相线铸造法、电磁搅拌和应变诱发熔化激活等方法。这些方法虽各具有不同的特点的同时，在工业化生产中，还存在一定困难，如金属液体的氧化(冷却斜槽法、剪切-冷却-轧制法)，工艺控制的难度大、工艺的稳定性差(如近液相线铸造法、不同液体混合法)，设备的投资大、坯料尺寸受限制(如电磁搅拌和应变诱发熔化激活)，同时有些技术还受到技术垄断因素的影响，这些因素导致了半固态浆料或坯料的制备成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种多管分散强冷制备半固态金属浆料或坯料的新工艺，它具有投资少，设备制作简单，易控制和工艺稳定等特点。
本发明是这样来实现的，它采用多管强冷制备半固态金属坯料专用装置，该装置是在水冷外套内连接若干冷却铜管，用循环水快速冷却通过冷却铜管的金属液体，其工艺步骤如下：(1)将中间包内熔化的金属液体通过直径为8～25mm，长度为300～1200mm的冷却铜管进行强冷；(2)根据单位时间所需浆料多少或坯料的大小选用1-12根冷却铜管同时进行分散冷却；(3)以每秒钟5～2000毫升的流量对冷却铜管外施加冷却介质(如循环水)，加强对冷却铜管内的金属液体的冷却；(4)根据金属液体的成分和中间包液体的温度，调节冷却介质流量，使冷却铜管内的金属液体的出口温度达到金属的结晶温度附近。
本发明的优点是：(1)工艺具有投资少，设备制作简单等特点；(2)金属液体冷却过程中无二次氧化，保证半固态金属坯料的质量；(3)工艺稳定，易控制掌握；(4)半固态金属坯料尺寸不受限制。
附图说明
图1为本发明的多管分散强冷制备半固态金属坯料专用装置工作结构示意图；
具体实施方式
如图1所示，本发明采用的专用装置是在水冷外套4内连接若干根冷却铜管3，将中间包1内的金属液体2通过冷却铜管3冷却进入铸模6内，形成半固态坯料7，循环冷却水5快速冷却金属液体。具体实施方法如下：
实施例1  ZAlSi7Mg合金
合金的化学成为：Si：6.91；Mg：0.32其余为：Al采用直径为18毫米、长度为400毫米的单管进行强冷，冷却水的流量为：每秒30毫升，获得该合金的半固态成形坯料。
实施例2  ZAlSi7Mg合金
合金的化学成为：Si：6.91；Mg：0.32其余为：Al采用直径为12毫米、长度为600毫米的三管进行强冷，冷却水的流量为：每秒150毫升，获得该合金的半固态成形坯料。
实施例3  ZAlSi7Mg合金
合金的化学成为：Si：6.91；Mg：0.32其余为：Al采用直径为8毫米、长度为1200毫米的八管进行强冷，冷却水的流量为：每秒320毫升，获得该合金的半固态成形坯料。
实施例4  3A21合金
合金的化学成为：Mn：1.3其余为Al采用直径为16毫米、长度为1000毫米的单管进行强冷，冷却水的流量为：每秒130毫升，获得该合金的半固态成形坯料。
实施例5  2A20合金
合金的化学成为：Cu：6.3；Mg：0.1其余为Al采用直径为10毫米、长度为500毫米的12管进行强冷，冷却水的流量为：每秒900毫升，获得该合金的半固态成形坯料。

Claims (1)

1、一种多管分散强冷制备半固态金属浆料或坯料的新工艺，它采用多管强冷制备半固态金属浆坯料专用装置，该装置是在水冷外套内连接若干冷却铜管，用循环水快速冷却通过冷却铜管的金属液体，其工艺步骤如下：
(1)将中间包内熔化的金属液体通过直径为8～25mm，长度为300～1200mm的冷却铜管进行强冷；
(2)根据单位时间所需浆料多少或坯料的大小选用1-12根冷却铜管同时进行分散冷却；
(3)以每秒钟5～2000毫升的流量对冷却铜管外施加冷却介质，加强对冷却铜管内的金属液体的冷却；
(4)根据金属液体的成分和中间包液体的温度，调节冷却介质流量，使冷却铜管内的金属液体的出口温度达到金属的结晶温度附近。
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