CN101229582A - 一种过共晶铝硅合金铸件半固态流变挤压铸造工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种过共晶铝硅合金半固态流变挤压铸造工艺及装置，属于金属材料半固态成形技术领域。所述工艺包括：熔炼合金金属液，采用电磁搅拌方法制备过共晶铝硅合金半固态浆料，将浆料浇入一个温度在610℃～630℃的保温炉中储存，然后利用一个定量保温杯，将所述浆料浇入预热到150℃～250℃的模具中，在挤压速度0.1mm/s～0.5mm/s，加压压力为50MPa～150MPa，保压时间为10s～80s条件下挤压铸造。实现了过共晶铝硅合金制品的半固态连续流变挤压铸造，不仅提高了材料的利用率，减少加工余量，降低能耗，同时初生Si的颗粒获得了细化，共晶组织获得了细化和球化，铸件整体组织较为致密，铸件表面质量高，本工艺简单，流程短，设备投资小，成本低，其工艺及设备的实用性较强。
Description
技术领域
本发明涉及一种过共晶铝硅合金铸件半固态流变挤压铸造工艺及装置，属于金属材料半固态成形技术领域。
背景技术
过共晶铝硅合金铸件的传统生产工艺有：砂型铸造、金属型铸造、压力铸造(包括挤压铸造和高压铸造)。这些工艺存在的不足是：砂型铸造的晶粒粗大，强度差；金属型铸造的浇注系统重量重，所以铸件收得率低；高压铸造内含气体，不能进行热处理。此外，这些传统的铸造方法都是在高温下进行的，一般的浇注温度均超过合金液相线50℃以上。而半固态成形加工技术是在合金的液相线—固相线温度之间，是对非枝晶固相与液相共存的两相浆料进行成形的技术。显然，半固态成形加工技术与传统的液态金属成形加工技术相比，具有以下诸多优点：铸件的氧化率低，裹气少，热收缩小，致密性高，可实现近终成形，模具热冲击小，节约能源等。
半固态成形技术又分为触变成形和流变成形两种工艺路线。与触变成型相比，流变成形具有流程短、能耗低、成本低等优点，但同时也存在下列技术难点：浆料的生产效率低，成本高，且制备的浆料较为粘稠，储存、运输困难，同时定量浇注也是一大难点，加之发展较晚，目前获得商业化应用还比较少，尤其在我国还没有实际应用的报道。另外，目前半固态流变成型的关键技术和设备的实用性不强，成本偏高等因素是制约该技术发展的主要原因之一。
发明内容
本发明针对目前半固态流变成型存在的半固态浆料储存、运输和定量浇注困难等主要技术难点，提出了一种过共晶铝硅合金铸件半固态流变挤压铸造工艺及装置。
本发明的研究者们对过共晶铝硅合金半固态浆料的组织、流变性能、挤压铸造工艺等技术问题进行了系统研究，并研制出本发明的技术方案，通过该方案较好地解决了上述技术难题，结合挤压铸造技术，实现了制品的连续半固态流变挤压铸造生产。
本发明通过下列技术方案实现：一种过共晶铝硅合金铸件的半固态流变挤压铸造工艺，其特征在于经过下列工艺步骤：
A、半固态金属浆料制备：熔炼过共晶铝硅合金金属液，将其制备成半固态浆料；
B、将半固态浆料浇入温度为610～630℃的保温炉中储存；
C、将挤压铸造模具预热至150～250℃，并喷涂脱模剂；
D、利用保温定量杯从保温炉中盛取半固态浆料，浇入挤压铸造模具后，以0.1～0.5mm/s的挤压速度，比压为50～150MPa的压力进行挤压铸造，然后保压10～80s后，开模取件。
所述步骤A中使用现有技术中的电磁搅拌器，将熔炼的过共晶铝硅合金金属液，制备成半固态浆料，制备时的参数为：电磁搅拌电流：4～30A，浆料冷却速度：4～30℃/s。
所述步骤C中所用的脱模剂为现有的FGW01-A，并加水50～150倍进行稀释。
所述步骤D中采用保温定量杯进行浇注，浇注温度为580～630℃。
所述步骤D中开始加压时间为：3s～8s。
所述步骤D中所用挤压设备为：普通液压机或挤压铸造机。
所述步骤B中的储存保温炉为一其上开进料口和出料口的壳体，壳体内设有保温层及石墨坩埚，在保温层与石墨坩埚之间设有电加热元件，电加热元件与炉外的电控器电连接。
所述保温定量杯由Al2O3陶瓷烧制，保温功能好，其容积精度达到±5g。
本发明所述过共晶铝硅合金的成分质量比(wt.％)为：Si：19～22％；Cu：1.0～2.0％；Mg：0.4～0.8％；Mn：0.3～0.5％；Re：0.5～1.5％；余量为Al。
本发明利用过共晶铝硅合金在液—固两相区流动性好的特点，针对性地解决了半固态浆料的储运、定量浇注等技术难题，结合传统挤压铸造技术，实现了制品的连续半固态流变挤压铸造生产。本发明的工艺技术可以代替金属型等传统铸造工艺，生产各种过共晶铝硅合金制品，如发动机活塞等，通过本发明可使浇注温度从传统工艺的700℃左右降低到610～630℃，不仅提高了材料的利用率，减少加工余量，降低能耗，同时初生Si的颗粒获得了细化，共晶组织获得了细化和球化，铸件整体组织很致密(如附图3所示)，铸件表面质量高，较大地提升了产品的力学性能和表面质量，此外，本发明工艺简单，流程短，设备投资小，成本低，其工艺及设备的实用性较强，具有较好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的工艺设备示意图；
图2为电磁搅拌器结构剖面图；
图3为保温炉结构示意图；
图4为活塞铸件显微组织图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
图1中，1为电磁搅拌器，2为保温炉，3为定量浇杯，用Al2O3陶瓷烧制而成，4为现有技术的挤压机，5为成型铸件。
图2中的电磁搅拌器结构是：6—阀门，7—冷却水，8—喷水孔，9—保护气导入管，10—热电偶，11—石墨坩埚，12—电阻丝，13—搅拌线圈，14—外壳，15—铁芯，16—支架，17—底板，18—盖板。
图3中的保温炉结构是：19为壳体，其内设有保温材料层22及石墨坩埚21，22与21之间设有电加热丝20，24为壳体19底部的出料口，其上设有电加热丝20，电加热丝20与炉外的现有技术的温控器电连接，用于控制加热温度，出料口24的端部设有石墨堵头23，壳体19内设有热电偶25，壳体19顶部设有保温盖27，其上开进料口26。
本发明实施例所用过共晶铝硅合金为：ZL117，其成分质量比(wt.％)为：Si：19～22％；Cu：1.0～2.0％；Mg：0.4～0.8％；Mn：0.3～0.5％；Re：0.5～1.5％；余量为Al。
实施例1
(1)按照常规方法将成分质量比(wt.％)为：19％Si，1.0％Cu，0.4％Mg，0.3％Mn，0.5％Re，余量为Al的ZL117合金熔炼成金属液，再用图2所示的电磁搅拌器制备成过共晶铝硅合金ZL117半固态浆料，其中控制电磁搅拌电流4～10A，浆料冷却速度4～10℃/s；
(2)将上述步骤所得半固态浆料浇入图3所示的保温炉中储存，控制保温温度为610～630℃，储存时间为0min～15min；
(3)预热一个现有技术的杯形铸件的挤压铸造模具到200～250℃，并按常规量喷涂脱模剂，脱模剂采用现有技术常用的FGW01-A，并加水50倍稀释而成；
(4)利用图1中的保温定量杯3从图3所示的保温炉中盛取半固态浆料，浇入步骤(3)所预热的杯形铸件挤压铸造模具中，控制浇注温度580～600℃之间，然后在3～5s时间里，快速启动挤压机并以0.3mm/s的挤压速度合模加压，压力达到80MPa时保压，保压40s后开模取件，即得所需铸件。
实施例2
(1)按照常规方法将成分质量比(wt.％)为：22％Si，2.0％Cu，0.8％Mg，0.5％Mn，1.5％Re，余量为Al的ZL117合金熔炼成金属液，再用图2所示的电磁搅拌器制备成过共晶铝硅合金ZL117半固态浆料，其中控制电磁搅拌电流20～30A，浆料冷却速度20～30℃/s；
(2)将上述步骤所得半固态浆料浇入图3所示的保温炉中储存，其保温温度为610℃～630℃，储存时间为0min～15min；
(3)预热一个发动机活塞铸件的挤压铸造模具到200～250℃，并按常规量喷涂脱模剂，脱模剂采用现有技术常用的FGW01-A，并加水150倍稀释而成；
(4)利用保温定量杯从保温炉中盛取半固态浆料，浇入步骤(3)所预热的挤压铸造模具后，控制浇注温度在580～630℃之间，然后在5～8s时间里，快速启动挤压机并以0.5mm/s的挤压速度合模加压，压力达到150MPa时保压，保压80s后开模取件，即得发动机活塞铸件。
Claims (6)
1.一种过共晶铝硅合金铸件的半固态流变挤压铸造工艺，其特征在于经过下列工艺步骤：
A、半固态金属浆料制备：熔炼过共晶铝硅合金金属液，将其制备成半固态浆料；
B、将半固态浆料浇入温度为610～630℃的保温炉中储存；
C、将挤压铸造模具预热至150～250℃，并喷涂脱模剂；
D、利用保温定量杯从保温炉中盛取半固态浆料，浇入挤压铸造模具后，以0.1～0.5mm/s的挤压速度，比压为50～150MPa的压力进行挤压铸造，然后保压10～80s后，开模取件。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述步骤A中电磁搅拌电流为：4～30A，浆料冷却速度为：4～30℃/s。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述步骤C中所用的脱模剂为FGW01-A，并加水50～150倍稀释而成。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述步骤D中采用保温定量杯进行浇注，浇注温度为580～630℃。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述步骤D中开始加压时间为：3s～8s。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述步骤B中的保温炉为一其上开进料口和出料口的壳体，壳体内设有保温层及石墨坩埚，在保温层与石墨坩埚之间设有电加热元件，电加热元件与炉外的电控器电连接。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080730 |