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
技术领域
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
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
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50-100℃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℃，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。
优选的，本发明所述转盘转速为1000-1500r/min。
优选的，本发明浇道预热到800℃。
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。
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。
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。
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。
优选的，本发明所述冷却系统2为水冷系统。
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℃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。
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。
（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
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：1-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
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。
本发明实施例1~3所述方法所用装置如图1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、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；
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。
实施例1
原料：Al-25Si-2Fe-2Mn合金（固相线温度575℃，液相线温度773℃）在中频炉中进行合金熔炼，待合金熔体的温度在850℃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℃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℃，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Al-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。
实施例2
原料：Al-25Si-2Fe合金（固相线温度570℃，液相线温度770℃）在中频炉中进行合金熔炼，待合金熔体的温度在850℃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℃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℃，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Al-25Si-2Fe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。
实施例3
原料：A356铝合金（固相线温度577℃，液相线温度615℃）在中频炉中进行合金熔炼，待合金熔体的温度在750℃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℃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700℃，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1000r/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α-Al相平均等效直径集中在20-40um。
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50-100℃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℃，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。
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。
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800℃。
4.权利要求1、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（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（6）内壁为上端大、下端小的桶状结构。
7.根据权利要求4所述装置，其特征在于：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。
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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