CN101817071A

CN101817071A - 一种半固态合金的电脉冲铸轧方法

Info

Publication number: CN101817071A
Application number: CN200910117549A
Authority: CN
Inventors: 阎峰云; 黄晓锋; 黄旺; 马颖; 程从德; 杨群英
Original assignee: Lanzhou University of Technology
Current assignee: Lanzhou University of Technology
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2010-09-01

Abstract

一种半固态合金的电脉冲铸轧方法，由将半固态合金浆料注入两个反向旋转的轧辊之间，在脉冲电流作用下，进行快速凝固和塑性变形，从而获得合金板材，或薄材，或者棒材，或线材；可较显著地消除偏析，细化晶粒，提高金属材料的塑性变形能力，改善了材料的综合力学性能。

Description

一种半固态合金的电脉冲铸轧方法

技术领域

本发明涉及金属合金材料的铸轧成形领域，特别是半固态合金的电脉冲轧制方法

背景技术

铸轧技术是冶金及材料加工领域的一项短流程、节能技术，它将合金的铸造成形和轧制变形技术融合为一体，将金属熔体直接“铸轧”成带坯。半固态铸轧制工艺是合金在半固态下送入轧辊间进行凝固和轧制的方法。目前半固态铸轧技术的研究主要集中在铝合金以及钢铁材料，且较多的是研究半固态垂直双辊铸轧。H.Watari等在世界上第一次提出了一种镁合金薄板半固态双辊铸轧工艺，并用镁合金AZ31B，AZ91D，AM50A和AM60B来做双辊薄带铸轧。通过改变半固态合金的温度和轧辊的转速，确定出合理的加工条件。发现在速度为25m/min时可以生产出2.1～3.1mm厚的镁合金板。目前国内液态双辊铸轧技术研究始于20世纪80年代中期，轻有色金属及其合金的铸轧已属于成熟技术。液态黑色金属及高温合金的铸轧技术仍然不成熟，这些合金的熔点高，变形抗力大，对轧制设备及轧辊的要求高，液态合金的总热容量大，对轧辊的加热强度大，合金因收缩量大，缺陷较多，加工成材率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种半固态合金的电脉冲铸轧方法。

本发明是一种半固态合金的电脉冲铸轧方法，将半固态合金浆料注入两个反向旋转的轧辊之间，在脉冲电流作用下，进行快速凝固和塑性变形，从而获得合金板材，或薄材，或者棒材，或线材。

本发明是将半固态铸轧技术与电脉冲凝固和改性技术相结合，在合金半固态铸轧过程中引入高能脉冲电流，对半固态合金中的液相凝固起到细化晶粒，减少偏析等作用；对半固态合金中的固相起到补充热量、改善组织形态、提高塑性等作用，从而实现高效稳定加工和提高合金综合力学性能的目的。本发明提供了一种半固态合金的电脉冲铸轧方法，与传统半固态铸轧相比，此时等轴晶率增加，晶粒细化，偏析现象减轻。

附图说明

图1半固态合金电脉冲立式铸轧装置图，图2为半固态合金电脉冲倾斜铸轧装置。

具体实施方式

如图1所示，为本发明的半固态合金电脉冲立式铸轧装置图，利用各种半固态制备方法制备半固态浆料，将半固态合金浆料6通过保温坩埚2的铸嘴垂直注入两个反向旋转的轧辊3、5之间，进行快速凝固和塑性变形，从而获得合金板材，或薄材，或者棒材，或线材。轧制时辊间距可以调节，轧辊采用耐高温材料，设计为水冷、油冷甚至液氮冷却，图示为空心水冷辊5。供电方式有两种，其一为轧辊间采用接触式电刷3加电，一轧辊为正极，另一轧辊为负极，或者一个轧辊采用电刷接正极，与半固态合金接触的保温坩埚2接负极。脉冲电流也可以由脉冲电源装置4来提供。

如图2所示，为半固态合金电脉冲倾斜铸轧装置，两辊中心连线OO和半固态合金浆料的进料方向O′O′呈夹角θ，θ角的范围为90～120°，将浇包1中的半固态浆料6注入熔池2′，与轧辊接触并密封的熔池2中的半固态合金浆料6沿着与两个反向旋转轧辊中心连线OO倾斜的方向O′O′注入两个反向旋转的轧辊进行轧制，在脉冲电流作用下，进行快速凝固的和塑性变形，从而获得合金板材，或薄材，或者棒材，或线材。铸轧时辊间距可手动调节，轧辊采用耐高温材料，设计为水冷、油冷或液氮冷却，图示为空心水冷辊5。供电方式有两种，其一为轧辊间采用接触式电刷3加电，一轧辊为正极，另一轧辊为负极，其二为一轧辊采用电刷接正极，与半固态合金接触的熔池接负极。脉冲电流也可以由脉冲电流发生装置4来提供。

下面结合几个具体合金进一步展开本发明。

实施例1：AZ31B镁合金

采用如图1所示的立式铸轧工艺，轧辊直径为210mm，通过变频器控制轧制速度，铸轧速度为0.8～1.0m·min^-1，调节辊缝为2mm，保温坩埚保持半固态浆料的温度在560～570℃之间，进行铸轧，以水冷冷却，冷却速度550℃/S～600℃/S，在频率为50Hz，电流为200A，占空比为10％时得到边部整齐，表面质量较好的镁合金薄带，铸轧带的晶粒组为织细小的等轴晶，晶粒大小不是很均匀，平均晶粒为15μm～25μm，极大地消除了偏析，提高金属材料的塑性变形能力，改善了材料的综合力学性能。

实施例2：5754铝合金

由于5754铝合金熔体流动性差，采用了如图2的立式铸轧方案，轧辊直径为210mm，辊缝3.0mm，保温坩埚温度670～685℃，铸轧速度0.7～0.8m·min^-1，水冷，冷却速度600℃/S～650℃/S，在频率为100Hz，电流为400A，占空比为20％时得到抗拉强度210～215N·mm^-2，伸长率24～26％，晶粒比普通铸轧细小的组织。由α相和β相组成，β相呈颗粒状和条状，析出的金属间化合物的分布、大小、位置和结构是具有良好的可变形加工的组织。

实施例3：A356铝合金

采用如图3的倾斜铸轧方案，轧辊直径为210mm，辊缝3.0mm，熔池温度在595～615℃之间，铸轧速度0.7～0.8m·min^-1，以冷水通入水冷空心辊冷却，控制流量，冷却速度580℃/S～630℃/S，在频率为180Hz，电流为600A，占空比为20％时获得了晶粒细小的组织，平均晶粒尺寸为10～50μm，性能检测表明抗拉强度达到280MPa，延伸率为20％。

实施例4：1Cr18Ni9Ti不锈钢

采用如图4的倾斜铸轧方案，轧辊直径为210mm，辊缝4.0mm，熔池温度在1500℃左右，铸轧速度0.333m·min^-1，以冷水通入水冷空心辊冷却，在频率为2KHz，电流为1000A，占空比为40％时获得了等轴化程度比传统工艺更好的组织织构，碳化物析出量也要少，得到的奥氏体晶粒直径为10～50μm，性能检测表明抗拉强度和延伸率也有改善。

Claims

1.一种半固态合金的电脉冲铸轧方法，其特征在于：将半固态合金浆料注入两个反向旋转的轧辊之间，在脉冲电流作用下，进行快速凝固和塑性变形，从而获得合金板材，或薄材，或者棒材，或线材。

2.根据权利要求1所述的半固态合金的电脉冲铸轧方法，其特征在于：将半固态合金浆料垂直注入两个反向旋转的轧辊之间，进行快速凝固和塑性变形，从而获得合金板材，或薄材，或者棒材，或线材。

3.根据权利要求1所述的半固态合金的电脉冲铸轧方法，其特征在于将与轧辊接触并密封的熔池中的半固态合金浆料与两个反向旋转轧辊中心连线倾斜的方向注入两个反向旋转的轧辊进行轧制，在脉冲电流作用下，进行快速凝固的和塑性变形，从而获得合金板材，或薄材，或者棒材，或线材。

4.根据权利要求1所述的半固态合金的电脉冲铸轧方法，其特征在于脉冲电流的施加方式为：采用电刷直接给两个轧辊加电，一个轧辊为正极，另一轧辊为负极；或者采用电刷将正极与其中一轧辊连接，垂直轧制时负极与半固态合金相接触的保温坩埚连接，倾斜轧制时负极与半固态合金相接触的熔池连接。

5.根据权利要求2所述的半固态合金的电脉冲铸轧方法，其特征在于电脉冲参数为：频率在50Hz～2KHz范围内，占空比为10％～40％，脉冲电流为200A～1000A。

6.据权利要求3所述的半固态合金的电脉冲铸轧方法，其特征在于两个轧辊的中心连线(OO)与半固态合金浆料的进料方向(O′O′)呈90～120°夹角。