CN103962539A - 制备半固态金属浆料的紊流通道浇注方法及其专用设备 - Google Patents

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陈正周
罗军宇
罗旭刚
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Abstract

本发明公开了一种制备半固态金属浆料的紊流通道浇注方法及其专用设备，所述的专用设备包括紊流通道和冷却水套，所述的紊流通道由浇口杯、紊流叶片和流道构成，所述的浇口杯设置在流道的上方，形成液态金属进入流道的进口；所述的紊流叶片附着在流道内壁上，所述的冷却水套包裹在流道外表面；所述的冷却水套具有供冷却介质流过的通道，所述的冷却水套的下端形成通道的进口，上端形成通道的出口。本发明可安装在成形设备入料口的上方，占用空间很小，可以将制备好的半固态浆料立即注入成形设备并进行成形，省却了浆料的输送过程，使浆料的温度可控。

Description

制备半固态金属浆料的紊流通道浇注方法及其专用设备
技术领域
本发明涉及一种制备半固态金属浆料的紊流通道浇注方法及其专用设备。
背景技术
在线快速制备具有球状初生相的半固态金属浆料或坯料是半固态金属成形技术的核心内容。降低半固态浆料制备成本、缩短工艺流程、在线高效制备是该技术产业化研究和关注的焦点。
目前已有的半固态金属浆料制备技术中，管道或通道浇注制浆法因其制备工艺无本质区别、初生晶核的形成机理也基本相似，所以这类制备方法在半固态金属浆料制备领域中可以单独归为一类。对于管道或通道浇注制浆法，若管道内径过小则容易发生堵塞，若管道内径过大则出口浆料的温度在横断面上又不均匀，浆料的组织也不理想，因而不利于直接流变成形。
发明内容
为了克服现有管道或通道浇注制浆法中内径较大时浆料温度在横断面上存在较大温差的缺点，本发明提供制备半固态金属浆料的紊流通道浇注方法及其专用设备。
本发明采用的技术方案是：
制备半固态金属浆料的紊流通道浇注方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：
（1）控制金属熔炼时的温度：熔炼时将液态金属的过热度控制在80～100℃范围内，然后对液态金属进行精炼，精炼后静置、扒渣和检测氢气的含量，含氢量按有关国家标准或行业标准控制，最后将液态金属的过热度控制在10～100℃范围内；
（2）制备半固态浆料：将上述步骤（1）中的液态金属浇注到紊流通道的浇口杯内，流经紊流通道，半固态浆料制备完毕；
（3）流变成形或制备坯料：上述步骤（2）中制备好的半固态浆料可直接流入到成形设备内进行直接流变成形或制成坯料用于触变成形。
进一步，浇注时浇口杯中液态金属液面的高度为浇口杯深度的2/3～4/5。
专用于上述所述的制备半固态金属浆料的紊流通道浇注方法的设备，其特征在于：包括紊流通道和冷却水套，所述的紊流通道由浇口杯、紊流叶片和流道构成，所述的浇口杯设置在流道的上方，形成液态金属进入流道的进口；所述的紊流叶片附着在流道内壁上，所述的冷却水套包裹在流道外表面。
进一步，所述的冷却水套具有供冷却介质流过的通道，所述的冷却水套的下端形成通道的进口，上端形成通道的出口。
进一步，所述的流道直径为10～100mm。
进一步，所述的紊流通道采用高纯石墨制作，冷却水套采用铝合金制作。
本发明中液态金属的过热度由通道直径和通道长度共同确定。液态金属的过热度、通道直径和通道长度存在适当的匹配关系，即直径越小或长度越短，过热度就越低，反之，过热度就越高。过热度的具体工艺参数应由对具体设备进行试验后来确定，确保液态金属从通道流出时其温度在液相线以下。
本发明整个紊流通道制作成轴向对开式，以便能够顺利打开通道清理残留在流道里的余料。
本发明的有益效果体现在：
（1）本设备可安装在成形设备入料口的上方，占用空间很小，可以将制备好的半固态浆料立即注入成形设备并进行成形，省却了浆料的输送过程，使浆料的温度可控；
（2）在制备浆料时，使用常温水作为冷却介质对流道部分进行强制冷却，从而可以保证设备能够连续生产。流道壁得到快速冷却后金属熔体在流道内能够形成更多的初生晶核，从而提高了金属熔体内部的晶核密度，同时也减小了初生晶粒尺寸，制件的力学性能因此得到提高；
（3）在流道内壁上增加了紊流叶片后，合金熔体能够充分地与流道壁或紊流叶片接触，合金熔体撞击到紊流叶片后，紊流程度更高，因而能够得到充分混合，熔体温度更加均匀，也有助于初生相的球化；
（4）流道直径可以在10～100mm之间选取，适合于半固态浆料不同制备量的要求；
（5）无需对成形设备进行改造，具有投资少、生产效率高、容易实现自动化或人机一体化生产。
附图说明
图1是本发明紊流通道结构示意图。
图2是本发明紊流叶片俯视示意图。
具体实施方式
参照图1至图2，制备半固态金属浆料的紊流通道浇注方法，所述的方法包括如下步骤：
（1）控制金属熔炼时的温度：熔炼时将液态金属的过热度控制在80～100℃范围内，然后对液态金属进行精炼，精炼后静置、扒渣和检测氢气的含量，含氢量按有关国家标准或行业标准控制，最后将液态金属的过热度控制在10～100℃范围内；
（2）制备半固态浆料：将上述步骤（1）中的液态金属浇注到紊流通道的浇口杯1内，流经紊流通道，半固态浆料制备完毕；
（3）流变成形或制备坯料：上述步骤（2）中制备好的半固态浆料可直接流入到成形设备内进行直接流变成形或制成坯料用于触变成形。
进一步，浇注时浇口杯1中液态金属液面的高度为浇口杯深度的2/3～4/5。
专用于上述所述的制备半固态金属浆料的紊流通道浇注方法的设备，包括紊流通道和冷却水套4，所述的紊流通道由浇口杯1、紊流叶片2和流道3构成，所述的浇口杯1设置在流道3的上方，形成液态金属进入流道3的进口；所述的紊流叶片2附着在流道3内壁上，所述的冷却水套4包裹在流道3外表面。
进一步，所述的冷却水套4具有供冷却介质5流过的通道，所述的冷却水套的下端形成通道的进口6，上端形成通道的出口7。
进一步，所述的流道直径为10～100mm。
进一步，所述的紊流通道采用高纯石墨制作，冷却水套采用铝合金制作。
紊流通道用高纯石墨制作，其长度和直径根据生产需要来确定。相邻紊流叶片2之间的垂直距离为流道长度的1/3为宜，紊流叶片2之间（在俯视图看）需留有一定间隙，间隙大小一般不超过流道内径的1/10。如图2所示，三个紊流叶片呈120°角均匀分布。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (6)

1.制备半固态金属浆料的紊流通道浇注方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：
（1）控制金属熔炼时的温度：熔炼时将液态金属的过热度控制在80～100℃范围内，然后对液态金属进行精炼，精炼后静置、扒渣和检测氢气的含量，含氢量按有关国家标准或行业标准控制，最后将液态金属的过热度控制在10～100℃范围内；
（2）制备半固态浆料：将上述步骤（1）中的液态金属浇注到紊流通道的浇口杯内，流经紊流通道，半固态浆料制备完毕；
（3）流变成形或制备坯料：上述步骤（2）中制备好的半固态浆料可直接流入到成形设备内进行直接流变成形或制成坯料用于触变成形。
2.如权利要求1所述的制备半固态金属浆料的紊流通道浇注方法，其特征在于：浇注时浇口杯中液态金属液面的高度为浇口杯深度的2/3～4/5。
3.专用于如权利要求1或2之一所述的制备半固态金属浆料的紊流通道浇注方法的设备，其特征在于：包括紊流通道和冷却水套，所述的紊流通道由浇口杯、紊流叶片和流道构成，所述的浇口杯设置在流道的上方，形成液态金属进入流道的进口；所述的紊流叶片附着在流道内壁上，所述的冷却水套包裹在流道外表面。
4.如权利要求3所述的专用于制备半固态金属浆料的紊流通道浇注方法的设备，其特征在于：所述的冷却水套具有供冷却介质流过的通道，所述的冷却水套的下端形成通道的进口，上端形成通道的出口。
5.如权利要求4所述的制备半固态金属浆料的紊流通道浇注方法，其特征在于：所述的流道直径为10～100mm。
6.如权利要求5所述的专用于制备半固态金属浆料的紊流通道浇注方法的设备，其特征在于：所述的紊流通道采用高纯石墨制作，冷却水套采用铝合金制作。
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