CN107983921A - 一种半固态浆料的制备方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种半固态浆料的制备方法及装置,属于材料加工技术领域。所用装置包括调速电机,冷却系统,转轴,中间包,浇道,挡料圈,转盘,接料坩埚。本发明设计合理的工艺参数和装置,可以一次成形,得到的组织要比更为细小,将高于液相150‑200℃的合金熔体,经浇道直接流入转盘上,在转盘上的激冷和离心力的作用下,得到细小的半固态浆料,并在弧形的挡料圈约束下流入接料坩埚内。本发明可用于铝、镁等合金半固态流变成形,该工艺简单、操作方便、成本低。

Description

一种半固态浆料的制备方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种半固态浆料的制备方法及装置,属于材料加工技术领域。
背景技术
[0002] 半固态成形技术,简称SSM,由于成形温度低,变形抗力小、充型平稳、晶粒细小等 特点,被誉为21世纪最有前途的金属材料加工技术之一。半固态成形技术包括浆料的制备 和后续浆料成形技术。半固态浆料的制备是半固态成形的关键,其制备方法主要主要包括 机械搅拌法、电磁搅拌法、等温热处理法、倾斜板冷却法、超声震动法等。根据其工艺的不 同,半固态成形可分为触变成形和流变成形。触变成形中的喷射沉积技术其缺点在于需要 二次加热重熔后才能成形零件。因此造成生产成本高、工艺时间长,使得喷射沉积技术难以 得到推广和应用。专利CN203508950U提供了一种转棒诱导形核法制备半固态浆料的方法, 但其对金属组织的细化效果不是特别显著。本发明旨在提供一种转盘离心激冷制备半固态 浆料的工艺,通过调整装置和工艺,得到更为细小的半固态浆料,并且可一次成形。
发明内容
[0003]本发明的目的在于提供一种半固态浆料的制备方法,具体包括以下步骤: (1) 合金熔炼:在中频炉中进行合金熔炼,待合金熔体的温度在液相线以上50-HKTC 时转移到中间包内,对合金熔体进行精炼、扒渣处理,升温到合金熔体液相线以上150-200 °C,保温10分钟; (2) 半固态浆料的制备:浇道进行预热,调整好转盘的转速将步骤(1)所得到的合金熔 体倒入预热好的浇道内,形成细小的液流流入转盘上,在离心力和剪切力的作用下形成半 固态液滴,在挡圈的约束下汇集在接料坩埚内。
[0004] 优选的,本发明所述转盘转速为1000-1500r/min。
[0005] 优选的,本发明浇道预热到800°C。
[0006]本发明的另一目的在于提供所述半固态浆料的制备方法所用装置,包括调速电机 1、冷却系统2、转轴3、中间包4、挡料圈6、浇道7、转盘8、接料坩埚9,调速电机1与转轴连接, 转轴3下面固定有转盘8,转轴3上设有冷却系统2,转盘8的周围设有挡料圈6,挡料圈6的正 下方放置接料坩埚9;中间包4位于浇道7的正上方,浇道7与转盘8正对。
[0007]优选的,本发明所述转盘8通过螺纹与转轴3相连,拆卸方便,转盘8的大小可调;转 盘8的材质为青铜材质,导热性好。
[0005] 优选的,本发明所述挡料圈6内壁为上端大、下端小的桶状结构,挡料圈6内通入惰 性气体,可保护某些易氧化的合金。
[0009]优选的,本发明所述浇道7为耐火泥浇道且内壁涂有石墨涂料,浇道下端的浇口处 直径为3-8mm;可针对不同的合金,调整浇道出口的直径和转盘的转速。
[0010]优选的,本发明所述冷却系统2为水冷系统。
[0011]本发明的原理是:通过设计合理的工艺和装置,增强半固态浆料组织的细化效果。 该方法是将熔炼好的高于液相线150-200°C熔体,倒入一个出口直径只有3-8mm的浇道,滴 入一个内部水冷的转盘上,合金熔体经过转盘的激冷作用和离心力和剪切力的作用下,合 金熔体内晶粒快速形核,且由于在的转盘上运动的过程中合金熔体内部晶粒间不断相互剪 切、碰撞、摩擦;并在离心力的作用下,甩在挡料圈上,同时在弧形挡料圈的约束下得到细 小、均匀半固态浆料组织。
[0012] 本发明的有益效果: (1)本发明通过设计合理工艺和装置,解决了现有一些半固态浆料制备技术对组织的 细化效果不显著,同时面对不同合金时,可以调整工艺参数,达到同样效果。
[0013] (2)本发明得到的半固态浆料可直接与后续的成形装置相连,可一次成形,工艺简 单、操作方便、成本低。
附图说明
[0014]图1是本发明的半固态低压铸造装置示意图; 图2是实例1所制备Al-25Si-2Fe-2Mn合金的半固态浆料的显微组织图; 图3是实例2所制备Al-25Si-2Fe合金的半固态浆料的显微组织图; 图4是实例3所制备A356铝合金的半固态浆料的显微组织图; 图中:卜调速电机;2-冷却系统;3-转轴;4-中间包;5-金属熔体;6-挡料圈;7-浇道;8-转盘;9-接料坩埚;10-半固态浆料。
具体实施方式
[0015]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明,但本发明的保护范围并 不限于所述内容。
[0016]本发明实施例1〜3所述方法所用装置如图丨所示,包括调速电机1、冷却系统2、转轴 3、中间包4、挡料圈6、饶道7、转盘8、接料坩埚9,调速电机1与转轴连接,转轴3下面固定有转 盘8,转轴3上设有冷却系统2,转盘8的周围设有挡料圈6,挡料圈6的正下方放置接料坩埚9; 中间包4位于浇道7的正上方,浇道7与转盘8正对; 转盘8通过螺纹与转轴3相连,转盘8的大小可调;转盘8的材质为青铜材质;挡料圈6内 壁为上端大、下端小的桶状结构;浇道7为耐火泥浇道且内壁涂有石墨涂料,浇道下端的浇 口处直径为3-8mm;可针对不同的合金,调整浇道出口的直径和转盘的转速;冷却系统2为水 冷系统。
[00口]实施例1 原料:Al-25Si-2Fe-2Mn合金(固相线温度575〇C,液相线温度773。0在中频炉中进行合 金熔炼,待合金熔体的温度在85〇°C时转移到中间包内,对合金熔体加入六氯乙烷精炼除 1、机澄处理,将温度升到95〇°C保温10分钟。烧道下端的饶口处直径调整成5mm,将饶道7预 热到800°C,通过冷却系统2将转盘8和转轴9通入冷却水,同时通过调整转盘转速为1300r/ min。将预热好的浇道7通过卡槽固定在挡料圈6上;将合金熔体倒入浇道内,通过浇道7下端 滴入转盘8上,在挡料圈6的约束下流入接料坩埚9内。制备A1—25Si—2Fe-2Mn合金的半固态 浆料的显微组织图如图2所示,由图可以看出初生Si相平均尺寸大小为15um,富Fe相平均尺 寸为30um。
[0018] 实施例2 原料:Al-25Si-2Fe合金(固相线温度57(rc,液相线温度770。〇在中频炉中进行合金熔 炼,待合金熔体的温度在S50 °C时转移到中间包内,对合金熔体加入六氯乙烷精炼除气、扒 渣处理,将温度升到950 °C保温10分钟。浇道下端的浇口处直径调整成5mm,将浇道7预热到 800 °C,通过冷却系统2将转盘8和转轴9通入冷却水,同时通过调整转盘转速为1300r/min。 将预热好的浇道7通过卡槽固定在挡料圈6上;将合金熔体倒入浇道内,通过浇道7下端滴入 转盘8上,在挡料圈6的约束下流入接料坩埚9内。制备△1_2531—2心合金的半固态浆料的显 微组织图如图3所示,由图可以看出初生Si相平均尺寸大小为25um,富Fe相平均尺寸为 30um,部分为杆状。
[0019] 实施例3 原料:A356错合金(固相线温度57rc,液相线温度615»c)在中频炉中进行合金熔炼,待 合金恪体的温度在750°C时转移到中间包内,对合金熔体加入六氯乙烷精炼除气、扒渣处 理,将温度升到850°C保温10分钟。浇道下端的浇口处直径调整成8mm,将浇道7预热到7〇〇 °C,通过冷却系统2将转盘8和转轴9通入冷却水,同时通过调整转盘转速为1〇〇〇r/min。将预 热好的饶道7通过卡槽固定在挡料圈6上;将合金熔体倒入浇道内,通过浇道7下端滴入转盘 8上f挡料圈6的约束下流入接料坩埚9内。制备A356合金的半固态浆料的显微组织图如图 4所示,由图可以看出初生a-A1相平均等效直径集中在2〇—4〇um。

Claims (8)

1. 一种半固态浆料的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤: (1) 合金熔炼:在中频炉中进行合金熔炼,待合金熔体的温度在液相线以上50-l〇〇r 时转移到中间包内,对合金熔体进行精炼、扒渣处理,升温到合金熔体液相线以上150-200 °C,保温10分钟; (2) 半固态浆料的制备:浇道进行预热,调整好转盘的转速将步骤(1)所得到的合金溶 体倒入预热好的烧道内,形成细小的液流流入转盘上,在离心力和剪切力的作用下形成半 固态液滴,在挡圈的约束下汇集在接料坩埚内。
2.根据权利要求1所述半固态浆料的制备方法,其特征在于:所述转盘转速为1000-1500r/min〇
3.根据权利要求1所述半固态浆料的制备方法,其特征在于:浇道预热到8〇(TC。
4.权利要求I、2或3所述半固态浆料的制备方法所用装置,其特征'在于:包括调速电机 (1)、冷却系统(2)、转轴(3)、中间包(4)、挡料圈(e)、浇道(7)、转盘(8)、接料坩埚(9),调速 电机(1)与转轴连接,转轴(3)下面固定有转盘(8),转轴(3)上设有冷却系统(2),转盘(8)的 周围设有挡料圈(6),挡料圈(6)的正下方放置接料堆埚(9);中间包(4)位于饶道(7)的上 方,浇道(7)与转盘(8)正对。 ’ 5 _根据权利要求4所述装置,其特征在于:转盘(8)通过螺纹与转轴(3)相连,转盘(8)的 大小可调,转盘(8)的材质为青铜材质。
6.根据权利要求4所述装置,其特征在于:挡料圈(价内壁为上端大、下端小的桶状结 构。 '
7.棚权利要求4其特赃于:魏⑺細火且幢鋪石墨涂料, 浇道下端的浇口处直径为3-8mm。
8.根据权利要求4所述装置,其特征在于:冷却系统(2)为水冷系统
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