发明内容
本发明针对以上问题提供一种即具有结构简单,制作成本较低,又具有经过通道后的半固态铝合金浆料的晶粒的圆整度较高,晶粒的直径也较小,进而使得浇注成型的成品的综合力学性能较好的用于制备半固态铝合金浆料的装置。
本发明解决以上问题所用的技术方案是:提供一种用于制备半固态铝合金浆料的装置,它包括通道体和通道体上贯通的通道,所述的通道的横截面为椭圆形,椭圆形的长短轴比为1.2~2:1,且通道轴向沿轴线旋扭。
采用以上结构后,与现有技术相比,本发明由于通道的横截面为椭圆形,椭圆形的长短轴比为1.2~2:1,且通道轴向沿轴线旋扭,旋扭是指通道沿轴线方向相邻横截面上椭圆形的轴线之间存在夹角,且相邻横截面是逐渐过渡的;也可理解为椭圆形在自身绕轴线旋转的同时沿轴线运动形成的轨迹的形状;则在椭圆旋扭通道内,初生晶核的形成以异质形核为主,而通道内熔液的浓度梯度、温度梯度和固-液界面前沿的挠动强度决定初生晶核的生长状态,使得熔液沿通道壁和心部发生强对流的程度,亦即温度场和溶质场的均匀化程度,根据菲克第一定律,在同样扩散面积和扩散时间下,扩散流量与浓度梯度成正比,浓度梯度小时,溶质的扩散流量相应较小,晶粒长大速度也相应较小,难以聚集成团,温度场和溶质场的均匀化使得初生α晶粒各个方向的生长速度基本一致,促其球化;故当合金熔液流经椭圆旋扭的通道时受到管路形状的影响而改变流动方向,造成熔液沿截面存在流动速度差异,进而产生剪切作用,这个剪切力使次枝晶臂变形或折断,游离晶核数目增加,并在旋转扭力的作用下游离到通道心部(如图5所示),成为新晶核的衬底,新接近通道壁的熔液又在激冷作用下形核,晶核数目不断增多,而数目众多的游离晶核在生长过程中由于溶质浓度场和温度场耦合的重叠效应,以胞状或球状的方式生长。这种“旋转自搅拌”作用有力地促进了初生晶核向球形晶粒的演变。因此本发明即具有结构简单,制作成本较低,又具有经过通道后的半固态铝合金浆料的晶粒的圆整度较高,晶粒的直径也较小,进而使得浇注成型的成品的综合力学性能较好的特点。
作为改进,所述的通道体的外表面轴向设有交叉设置的加热装置和冷却装置,且冷/热频率为1~7次/400mm,则在交叉设置的加热装置和冷却装置作用下,通道内流动的合金熔液不断的被反复冷却-加热即反复凝熔技术,故加热升温过程中,在一个晶粒的内部,由于温度的升高,使成分均匀化及固溶度提高,枝晶曲率半径减小,导致枝晶臂附近的溶质浓度降低,这样,两个枝晶之间就建立了一个扩散偶,溶质浓度梯度的存在将促使溶质从粗枝处向细枝处扩散,造成细枝熔化或溶解,甚至从细枝根部熔;合金的熔解从共晶组织开始,随着时间延长,液相比例增多,已熔化的液相渗入晶界内,使得小的晶粒分离并球化;同在熔液进入冷却段之前,将其温度控制在液相线以上5~10℃,熔液温度场均匀,在进入冷却阶段之前,整个熔体已经处于过冷状态,大量的游离晶核均匀地生成,则强制冷却时,由于水冷作用使本身无明显过热的金属液迅速冷却,晶核还来不及长大就凝固了,因此本发明可使得熔液形成均匀细小的初生α晶粒。
作为进一步改进,所述的加热装置为螺旋状的线圈,则加热是通过电磁加热,而电磁加热时中频磁场对熔液也有一定的搅拌作用,合金液的温度场更均匀,加大了同时凝固的区域,也有助于初生α晶粒的细化,故可使得经过本发明的熔液初生α晶粒的进一步细化。
作为再进一步改进,所述的冷却装置为螺旋状的水冷管道,则水冷管道结构简单,制作和维护成本均较低,进而使得本发明制作和维护成本更低。
所述的旋扭强度为4.5~18°/cm。
所述的椭圆形的长短轴比为1.6~2:1。
所述的旋扭强度为4.5~13.5°/cm。
所述的冷/热频率为3~5次/400mm。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式,以A356铝合金金属浆料为例,对本发明做进一步描述。
实施例1
一种制备半固态铝合金浆料的方法,它包括以下步骤:
1)将铝合金原料放入坩埚中熔化,并在700℃时进行精炼除气;
2)静置20min,当达到预定的浇注温度后一般为680℃,将坩埚中的熔液浇入用于制备半固态铝合金浆料的装置内,如图1、图2和图3所示,用于制备半固态铝合金浆料的装置包括通道体1和通道体1上贯通的通道2,所述的通道2的横截面为椭圆形,椭圆形的长短轴比为1.4:1,且通道2轴向沿轴线旋扭,旋扭强度为18°/cm,也就是说通道2沿轴线方向每过一个厘米就绕轴线旋转了18°,换句话说通道2相隔一厘米之间的两个横截面上椭圆的轴线之间的夹角为18°,且一个截面是逐渐连续的过渡到另一个截面的;所述的通道体1的外表面轴向设有交叉设置的加热装置3和冷却装置4,且冷/热频率为4次/400mm,所述的加热装置3为螺旋状的线圈,所述的冷却装置4为螺旋状的水冷管道;如图4所示,通常为了增加生产效率,使用四个通道体1为一组,四个通道体1内通道2的上端均与分流装置5连通,以便将熔液分流到四个通道2内,而四个通道体1内通道2的下端与集流装置6连通,以便将分别经过四个通道2后的熔液汇集;
3)最后熔液被用于制备半固态铝合金浆料的装置导流到浇注模具中。
成型后的产品的金相图如图5所示,平均晶粒直径为45.1um,晶粒的圆整度为0.76。
实施例2
一种制备半固态铝合金浆料的方法,它包括以下步骤:
1)将铝合金原料放入坩埚中熔化,并在750℃时进行精炼除气;
2)静置25min,当达到预定的浇注温度后,将坩埚中的熔液浇入用于制备半固态铝合金浆料的装置内,用于制备半固态铝合金浆料的装置包括通道体1和通道体1上贯通的通道2,所述的通道2的横截面为椭圆形,椭圆形的长短轴比为1.8:1,且通道2轴向沿轴线旋扭,旋扭强度为9°/cm,所述的通道体1的外表面轴向设有交叉设置的加热装置3和冷却装置4,且冷/热频率为6次/400mm,所述的加热装置3为螺旋状的线圈,所述的冷却装置4为螺旋状的水冷管道;
3)最后熔液被用于制备半固态铝合金浆料的装置导流到浇注模具中。
成型后的产品的金相图如图6所示,平均晶粒直径为42.8um,晶粒的圆整度为0.78。
实施例3
一种制备半固态铝合金浆料的方法,它包括以下步骤:
1)将铝合金原料放入坩埚中熔化,并在680℃时进行精炼除气;
2)静置15min,当达到预定的浇注温度后,将坩埚中的熔液浇入用于制备半固态铝合金浆料的装置内,用于制备半固态铝合金浆料的装置包括通道体1和通道体1上贯通的通道2,所述的通道2的横截面为椭圆形,椭圆形的长短轴比为2:1,且通道2轴向沿轴线旋扭,旋扭强度为13.5°/cm,所述的通道体1的外表面轴向设有交叉设置的加热装置3和冷却装置4,且冷/热频率为2次/400mm,所述的加热装置3为螺旋状的线圈,所述的冷却装置4为螺旋状的水冷管道;
3)最后熔液被用于制备半固态铝合金浆料的装置导流到浇注模具中。
成型后的产品的平均晶粒直径为53.6um,晶粒的圆整度为0.61。
实施例4
一种制备半固态铝合金浆料的方法,它包括以下步骤:
1)将铝合金原料放入坩埚中熔化,并在700℃时进行精炼除气;
2)静置20min,当达到预定的浇注温度后,将坩埚中的熔液浇入用于制备半固态铝合金浆料的装置内,用于制备半固态铝合金浆料的装置包括通道体1和通道体1上贯通的通道2,所述的通道2的横截面为椭圆形,椭圆形的长短轴比为1.8:1,且通道2轴向沿轴线旋扭,旋扭强度为4.5°/cm,所述的通道体1的外表面轴向设有交叉设置的加热装置3和冷却装置4,且冷/热频率为4次/400mm,所述的加热装置3为螺旋状的线圈,所述的冷却装置4为螺旋状的水冷管道;
3)最后熔液被用于制备半固态铝合金浆料的装置导流到浇注模具中。
成型后的产品的金相图如图7所示,平均晶粒直径为39.5um,晶粒的圆整度为0.84。
以上实施例仅为本发明的较佳实施例,本发明不仅限于以上实施例还允许有其它结构变化,凡在本发明独立权要求范围内变化的,均属本发明保护范围。