CN107457373B - 一种制备半固态浆料的装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备半固态浆料的装置，包括斜槽支架、斜槽、冷却部件、引流板和坩埚，其中，所述斜槽倾斜设置，从而导致斜槽的一端高于另一端，所述高的一端为入口端，所述低的一端为出口端；所述斜槽支架与所述斜槽底面相连接，所述冷却部件设置在所述斜槽内；本发明利用合金熔液与内冷块、斜槽之间存在的大过冷度，从而增大合金熔液内部的形核率；以内冷块和斜槽为基底，合金熔液依附在其表面形成细小晶粒，在后续合金熔液冲刷作用下，已经在基底表面形成的细小激冷层晶粒融入合金熔液中，细小晶粒在合金熔液中或部分重熔、或作为基底晶核而达到增加晶核数量的目的。

Description

一种制备半固态浆料的装置及其实现方法

技术领域

本发明涉及半固态成形技术领域，具体涉及一种制备半固态浆料的装置及其实现方法。

背景技术

半固态成形技术，是指利用非枝晶半固态金属(Semi-Solid Metal)，以流变成形或触变成形的方式获得细小均匀分布的类球形晶粒的半固态组织制件。该技术对于成形高性能结构件、复杂薄壁结构件具有突破性应用意义。制备半固态浆料是半固态成形技术关键的一步，主要分为两种制备方法，一种是在外场作用下破碎枝晶，第二种是增加其内部细小晶核数量，这两种制备方法的根本目的是获得非枝晶状组织。而一般使用的内冷式搅拌制浆法，是指在合金熔液冷却结晶过程中，加入由该合金熔液浇注成的内冷块并加以旋转搅拌，利用内冷块与合金熔液之间过冷度大，进而促进合金熔液形核，抑制枝晶生长；细小晶粒依附作为异质形核基底的内冷块形成，并在高速旋转离心作用下脱落融入合金熔液中；另外，内冷块熔化，为合金熔液提供一定数量的晶核基底或以固相形式存在，获得非枝晶半固态浆料。该技术方法制浆成本低廉，工艺流程短，制浆时间短，制浆设备简单。但是，内冷式搅拌制浆法制备半固态浆料过程中，内冷块在高温环境下和旋转搅拌过程中快速溶解，导致促进形核能力降低，内部溶质对流能力下降，浓度场分布趋于“偏析”状态。因此，解决内冷式制浆过程中持续促进形核能力、合金熔体内部浓度场均匀分布等问题具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种使合金熔液增加晶核数目从而达到细化晶粒，获得非枝晶半固态组织的制备半固态浆料的装置。

本发明的另一目的在于提供一种制备半固态浆料装置的实现方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种制备半固态浆料的装置，包括斜槽支架、斜槽、冷却部件、引流板和坩埚，其中，所述斜槽倾斜设置，从而导致斜槽的一端高于另一端，所述高的一端为入口端，所述低的一端为出口端；所述斜槽支架与所述斜槽底面相连接，所述冷却部件设置在所述斜槽内，所述冷却部件设有多个，所述多个冷却部件在斜槽内从入口端到出口端均匀排列，所述引流板设置在斜槽的出口端处，所述坩埚设置在所述引流板的下方，且所述引流板伸入所述坩埚内；

所述冷却部件包括内冷块、内冷块固定架和斜引流板，其中，所述斜引流板设有两个，所述两个斜引流板分别设置在所述斜槽内的两侧壁上；所述内冷块固定架设有凸起，所述内冷块固定架设置在所述斜槽内，所述内冷块固定架设有三个，其中一个设置在所述两个斜引流板的下方且位于两个斜引流板之间的中线上，另外两个并排设置在所述两个斜引流板的上方；所述内冷块顶部设有凸起，底部设有凹槽，所述内冷块的凹槽与所述内冷块固定架的凸起相配合固定。

优选地，所述内冷块的形状为两个菱形形状拼合而成，则内冷块的底部凹槽呈三角形形状，相应地所述内冷块固定架的凸起也呈三角形形状。

优选地，所述斜槽与水平面呈15°倾斜夹角。

优选地，所述斜槽支架与所述斜槽焊接固定；所述内冷块固定架与所述斜槽焊接固定；所述斜引流板与所述斜槽焊接固定；所述引流板与所述斜槽焊接固定。

一种由上述制备半固态浆料装置的实现方法，包括下述步骤：

(1)将部分熔化的合金熔液舀出，倒入金属锭模内铸型，并经快速冷却后制成内冷块，并将制得的内冷块固定在斜槽内的内冷块固定架上；

(2)将熔化的合金熔液从斜槽入口端缓慢浇入斜槽内，合金熔液在重力的作用下，沿着斜槽并在斜引流板引流作用下流动，并不断冲刷设置在斜引流板上方和下方的内冷块，由于合金熔液在流动冲刷过程中存在较大的过冷，合金熔液内部生成大量细小形核，同时内冷块表面激冷生成大量细小晶粒，细小晶粒在合金熔液冲刷作用下，脱落并融入合金熔液中形成新的晶核；内冷块在热传递和冲刷的作用下逐渐熔化，部分以固相形式溶于合金熔液中，形成半固态浆料中的固相，部分熔化变细，作为结晶的新晶核，合金熔液形成半固态浆料后经过引流板流入坩埚内收集起来，半固态浆料制备完成；

(3)将未完全熔化的内冷块取出并清洗干净，做下一次制备半固态浆料使用。

优选地，所述合金熔液为铝合金熔液。

优选地，所述铝合金熔液的温度为640℃。

本发明的工作原理：

工作时，首先将部分熔化的合金熔液舀出，倒入金属锭模内铸型，并经快速冷却后制成内冷块，并将制得的内冷块固定在斜槽内的内冷块固定架上；之后，将熔化的合金熔液从斜槽入口端缓慢浇入斜槽内，合金熔液在重力的作用下，沿着斜槽并在斜引流板引流作用下流动，并不断冲刷设置在斜引流板上方和下方的内冷块，由于合金熔液在流动冲刷过程中存在较大的过冷，合金熔液内部生成大量细小形核，同时内冷块表面激冷生成大量细小晶粒，细小晶粒在合金熔液冲刷作用下，脱落并融入合金熔液中形成新的晶核；内冷块在热传递和冲刷的作用下逐渐熔化，部分以固相形式溶于合金熔液中，形成半固态浆料中的固相，部分熔化变细，作为结晶的新晶核，合金熔液形成半固态浆料后经过引流板流入坩埚内收集起来，半固态浆料制备完成；最后将未完全熔化的内冷块取出并清洗干净，做下一次制备半固态浆料使用。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

(1)本发明利用合金熔液与内冷块、斜槽之间存在的大过冷度，从而增大合金熔液内部的形核率；以内冷块和斜槽为基底，合金熔液依附在其表面形成细小晶粒，在后续合金熔液冲刷作用下，已经在基底表面形成的细小激冷层晶粒融入合金熔液中，细小晶粒在合金熔液中或部分重熔、或作为基底晶核而达到增加晶核数量的目的；

(2)本发明的合金熔液经过紊流、碰撞、冲刷的作用，其内部溶质场、温度场发生较大的起伏，更有利于其内部形核；同时，合金熔液在流动过程中发生自搅拌，这也有利于其内部溶质场的均匀性分布；

(3)本发明的内冷块在合金熔液热传递的作用下，内部低熔点相继溶解，内冷块相继熔化，在冲刷作用下熔入合金熔液中，以较为细小晶粒度的晶粒相存在合金熔液中。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的侧视图。

图中附图标记为：1、斜槽支架；2、斜槽；3、内冷块；4、内冷块固定架；5、斜引流板；6、引流板；7、坩埚。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1～3所示，一种制备半固态浆料的装置，包括斜槽支架1、斜槽2、冷却部件、引流板6和坩埚7，其中，所述斜槽2倾斜设置，所述斜槽2与水平面呈15°倾斜夹角，从而导致斜槽2的一端高于另一端，所述高的一端为入口端，所述低的一端为出口端；所述斜槽支架1与所述斜槽2底面相连接，所述斜槽支架1与所述斜槽2焊接固定；所述冷却部件设置在所述斜槽2内，所述冷却部件设有多个，所述多个冷却部件在斜槽2内从入口端到出口端均匀排列，所述引流板6设置在斜槽2的出口端处，所述引流板6与所述斜槽2焊接固定，所述坩埚7设置在所述引流板6的下方，且所述引流板6伸入所述坩埚7内；

所述冷却部件包括内冷块3、内冷块固定架4和斜引流板5，其中，所述斜引流板5设有两个，所述两个斜引流板5分别设置在所述斜槽2内的两侧壁上，所述斜引流板5与所述斜槽2焊接固定；所述内冷块固定架4设有凸起，所述内冷块固定架4设置在所述斜槽2内，所述内冷块固定架4与所述斜槽2焊接固定，所述内冷块固定架4设有三个，其中一个设置在所述两个斜引流板5的下方且位于两个斜引流板5之间的中线上，另外两个并排设置在所述两个斜引流板5的上方；所述内冷块3顶部设有凸起，底部设有凹槽，所述内冷块3的凹槽与所述内冷块固定架4的凸起相配合固定；具体来说，所述内冷块3的形状为两个菱形形状拼合而成，则内冷块3的底部凹槽呈三角形形状，相应地所述内冷块固定架4的凸起也呈三角形形状，这样设置有利于合金熔液对内冷块3的持续冲刷和分流，顶部尖端突出的设置能够保证合金熔液不断冲刷内冷块3而内冷块3的顶部始终保持分流的功能，不会由于过多冲刷导致顶部凹陷而阻碍分流的功能，内冷块3底部和内冷块固定架4凸起都呈三角形形状，这样设置有利于内冷块3稳固地放置在内冷块固定架4上，不会由于合金熔液的不断冲刷而脱落。

工作时，首先将部分熔化的合金熔液舀出，倒入金属锭模内铸型，并经快速冷却后制成内冷块3，并将制得的内冷块3固定在斜槽2内的内冷块固定架4上；之后，将熔化的合金熔液从斜槽2入口端缓慢浇入斜槽2内，合金熔液在重力的作用下，沿着斜槽2并在斜引流板5引流作用下流动，并不断冲刷设置在斜引流板5上方和下方的内冷块3，由于合金熔液在流动冲刷过程中存在较大的过冷，合金熔液内部生成大量细小形核，同时内冷块3表面激冷生成大量细小晶粒，细小晶粒在合金熔液冲刷作用下，脱落并融入合金熔液中形成新的晶核；内冷块3在热传递和冲刷的作用下逐渐熔化，部分以固相形式溶于合金熔液中，形成半固态浆料中的固相，部分熔化变细，作为结晶的新晶核，合金熔液形成半固态浆料后经过引流板6流入坩埚7内收集起来，半固态浆料制备完成；最后将未完全熔化的内冷块3取出并清洗干净，做下一次制备半固态浆料使用。

具体来说，针对轮毂用AlSi7Mg铸造铝合金，采用本发明装置的制备过程：

将AlSi7Mg铸造铝合金加热到680℃，待合金完全熔化后降低合金熔液温度至640℃并对其保温处理，同时取部分合金熔液浇入金属锭模内铸型，水淬快速冷却获得内冷块3，并将内冷块3放置在斜槽2内的内冷块固定架4上；将液相线附近的合金熔液(640℃)缓慢浇到斜槽2入口端，其中斜槽2与水平面成15°倾斜夹角；在重力作用下，合金熔液沿着斜槽2流动，并与内冷块3接触；流动过程中存在较大的过冷，合金熔液内部生成大量细小形核；合金熔液依附于斜槽2、内冷块3表面激冷生成大量细小晶粒；长大的细小晶粒在合金熔液冲刷作用下，脱落并融入合金熔液中形成新的晶核；内冷块3在热传递和冲刷作用下，逐渐熔化，部分以固相形式溶于合金熔液中，形成半固态浆料中的固相，部分熔化变细，作为结晶的新晶核；用坩埚7在斜槽2出口端通过引流板6收集合半固态浆料，半固态浆料制备完成；将未完全熔化的内冷块3取出，并清洗干净，做下一次制备半固态浆料使用。

本发明利用合金熔液与内冷块、斜槽之间存在的大过冷度，从而增大合金熔液内部的形核率；以内冷块和斜槽为基底，合金熔液依附在其表面形成细小晶粒，在后续合金熔液冲刷作用下，已经在基底表面形成的细小激冷层晶粒融入合金熔液中，细小晶粒在合金熔液中或部分重熔、或作为基底晶核而达到增加晶核数量的目的；合金熔液经过紊流、碰撞、冲刷的作用，其内部溶质场、温度场发生较大的起伏，更有利于其内部形核；同时，合金熔液在流动过程中发生自搅拌，这也有利于其内部溶质场的均匀性分布；内冷块在合金熔液热传递的作用下，内部低熔点相继溶解，内冷块相继熔化，在冲刷作用下熔入合金熔液中，以较为细小晶粒度的晶粒相存在合金熔液中。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种制备半固态浆料的装置，其特征在于，包括斜槽支架、斜槽、冷却部件、引流板和坩埚，其中，所述斜槽倾斜设置，从而导致斜槽的一端高于另一端，高的一端为入口端，低的一端为出口端；所述斜槽支架与所述斜槽底面相连接，所述冷却部件设置在所述斜槽内，所述冷却部件设有多个，所述多个冷却部件在斜槽内从入口端到出口端均匀排列，所述引流板设置在斜槽的出口端处，所述坩埚设置在所述引流板的下方，且所述引流板伸入所述坩埚内；

所述冷却部件包括内冷块、内冷块固定架和斜引流板，其中，所述斜引流板设有两个，所述两个斜引流板分别设置在所述斜槽内的两侧壁上；所述内冷块固定架设有凸起，所述内冷块固定架设置在所述斜槽内，所述内冷块固定架设有三个，其中一个设置在所述两个斜引流板的下方且位于两个斜引流板之间的中线上，另外两个并排设置在所述两个斜引流板的上方；所述内冷块顶部设有凸起，底部设有凹槽，所述内冷块的凹槽与所述内冷块固定架的凸起相配合固定；

所述内冷块的形状为两个菱形形状拼合而成，则内冷块的底部凹槽呈三角形形状，相应地所述内冷块固定架的凸起也呈三角形形状。

2.根据权利要求1所述的制备半固态浆料的装置，其特征在于，所述斜槽与水平面呈15°倾斜夹角。

3.根据权利要求1所述的制备半固态浆料的装置，其特征在于，所述斜槽支架与所述斜槽焊接固定；所述内冷块固定架与所述斜槽焊接固定；所述斜引流板与所述斜槽焊接固定；所述引流板与所述斜槽焊接固定。

4.一种由权利要求1～3任一项所述制备半固态浆料装置的实现方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)将部分熔化的合金熔液舀出，倒入金属锭模内铸型，并经快速冷却后制成内冷块，并将制得的内冷块固定在斜槽内的内冷块固定架上；

(2)将熔化的合金熔液从斜槽入口端缓慢浇入斜槽内，合金熔液在重力的作用下，沿着斜槽并在斜引流板引流作用下流动，并不断冲刷设置在斜引流板上方和下方的内冷块，由于合金熔液在流动冲刷过程中存在较大的过冷，合金熔液内部生成大量细小形核，同时内冷块表面激冷生成大量细小晶粒，细小晶粒在合金熔液冲刷作用下，脱落并融入合金熔液中形成新的晶核；内冷块在热传递和冲刷的作用下逐渐熔化，部分以固相形式溶于合金熔液中，形成半固态浆料中的固相，部分熔化变细，作为结晶的新晶核，合金熔液形成半固态浆料后经过引流板流入坩埚内收集起来，半固态浆料制备完成；

(3)将未完全熔化的内冷块取出并清洗干净，做下一次制备半固态浆料使用。

5.根据权利要求4所述制备半固态浆料装置的实现方法，其特征在于，所述合金熔液为铝合金熔液。

6.根据权利要求5所述制备半固态浆料装置的实现方法，其特征在于，所述铝合金熔液的温度为640℃。

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