CN108580814A - 一种制备金属半固态浆料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备金属半固态浆料的方法，属于金属半固态加工技术领域，包括：（1）将浆料制备装置准备好并预热结晶筒组件，熔炼金属液，预热浇勺；（2）开启电机，浇勺靠近转轴将金属液浇于搅拌组件上方，以使金属液在转盘的旋转离心力下甩向立筒内壁，金属液在由中心向边缘转移以及下落的过程中受到了多个搅拌柱的强烈搅拌，同时降温结晶，制成金属半固态浆料并落入料杯以备后续加工；（3）清理装置。本发明方法制备出的金属半固态浆料晶粒细小，质量均匀，并且由于浆料弥散式下落卷气量明显减少。同时，该制备工艺流程短，效率高，设备要求低，操作简单，尤其适合于各种轻合金半固态浆料的制备。

Description

一种制备金属半固态浆料的方法
技术领域
本发明属于金属材料半固态加工技术领域，特别涉及一种制备金属半固态浆料的方法。
背景技术
自从20世纪70年代初期，美国麻省理工学院M.C. Flemings等研究人员创立了金属半固态成形的概念，半固态金属浆料的制备和成形技术作为一种新型的技术引起了世界各国的广泛关注。半固态加工是利用金属从液态向固态转变或从固态向液态转变（即液固共存）过程中所具有的特性进行成形的方法，这一新的成形方法综合了凝固加工和塑性加工的长处，即加工温度比液态低，充型平稳，对模具热冲击小；变形抗力比固态小，从而有利于成形较复杂的零件并减少功耗，提高生产效率。
半固态成形技术主要包括触变成形和流变成形。触变成形工艺是将制备的半固态浆料先铸造成坯料，经二次加热后，再进行成形加工，其工艺的可控性强、过程稳定且易操作，但工艺流程长，能耗大，成本较高。流变成形工艺由制备的半固态浆料进行流变成形加工，具有生产流程短、相对成本低、设备简单等特点，近年来受到国内外普遍重视，发展迅速。不论是触变成形还是流变成形，都包含有半固态制浆及半固态成形两部分。
目前，金属半固态流变成形浆料制备的常用方法主要有机械搅拌法、电磁搅拌法、双螺旋搅拌法、振动法、单辊旋转法、喷射沉积法、倾斜冷却板法、转动输送管法、紊流效应法、液态混合法等。这些工艺大致可归为两大类：搅拌式和流动式。搅拌式制浆法的最大缺点是浆料处理质量不够均匀，并且一旦建立了运动平衡剪切效果大幅下降；而流动式制浆法的最大缺点是大多依靠重力流动，其剪切强度较小制浆效果不理想。此外，这两类制浆法都有卷气量较大的共同缺点，影响工艺的实际应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种细化金属半固态浆料晶粒并提高浆料处理均匀性以及降低浆料含气量的金属半固态浆料制备方法。综合了搅拌式制浆法强制搅拌和流动式制浆法均匀高效的优点，克服了上述制浆法卷气量大的缺点，能取得较为理想的制浆效果。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种制备金属半固态浆料的方法，包括以下步骤：
a）前期准备。将结晶筒组件（14）沿着限位板（6）内壁上升至活块（7）上方，将两个活块（7）扳转90°以支撑结晶筒组件（14），并将料杯（18）放于底板（2）上结晶筒组件（14）正下方。启动电热棒（16）并通过热电偶（17）测温将结晶筒组件（14）加热到预设温度后保温。同时熔炼好金属液保温等待浇注。浇勺预热至高于金属液相线温度5~10℃。
b）浆料制备。开启电机（8），将熔炼好的金属液冷却至高于液相线温度30~50℃时，浇勺靠近转轴（11）将金属液浇于搅拌组件（10）上方，使金属液在转盘（12）的旋转离心力下甩向立筒（15）内壁，金属液在由中心向边缘转移以及下落的过程中受到了多个搅拌柱（13）的强烈搅拌，同时降温结晶，制成金属半固态浆料。浆料最终落入料杯（18），所得浆料可作后续加工。
c）装置清理。停机断电，取走料杯（18），待装置降温后，将两个活块（7）扳转90°使结晶筒组件（14）平稳下落至底板（2），此时露出转盘（12）及搅拌柱（13），便可将转盘（12）、搅拌柱（13）及立筒（15）内壁清理干净。
本发明所述的一种制备金属半固态浆料的方法所使用的装置，包括：支架组件（1）、电机（8）、轴承（9）、搅拌组件（10）、结晶筒组件（14）、料杯（18）。电机（8）直接固定于支架组件（1）的顶板（4）上，轴承（9）放入支架组件（1）的轴承座（5）内，搅拌组件（10）通过轴承（9）放入支架组件（1）并与电机（8）相连接，结晶筒组件（14）在限位板（6）的限位下及活块（7）的支撑下放置于支架组件（1），料杯（18）放置于支架组件（1）的底板（2）上并位于结晶筒组件（14）的正下方，以盛装浆料。
所述的支架组件（1）包括：底板（2）、立板（3）、顶板（4）、轴承座（5）、限位板（6）、活块（7）。两块立板（3）固定于底板（2）上，顶板（4）又固定于两块立板（3）上，形成矩形支架，轴承座（5）固定于顶板（4）的下方，限位板（6）固定于两块立板（3）之间，两个活块（7）分别铰接于限位板（6）的两边。
所述的搅拌组件（10）包括：转轴（11）、转盘（12）、搅拌柱（13）。转盘（12）固定于转轴（11）的底端，搅拌柱（13）固定于转盘（12）上以对浆料进行搅拌处理。
所述的结晶筒组件（14）包括：立筒（15）、电热棒（16）、热电偶（17）。四根电热棒（16）及热电偶（17）放入立筒（15）的相应孔内。
本发明所述的制备方法通过在金属液流动过程中对其强制搅拌剪切，相比于目前仅仅依靠重力的流动式制浆法，由于剪切强度更剧烈效率更高，可大大提高半固态浆料的晶粒细化效果并且提高浆料质量的均匀性；相比于目前的整体搅拌式制浆法，由于搅拌紊乱性更高，晶粒细化效果更好，同时发挥了流动式制浆法浆料质量均匀性好的优点。而且，由于该方法中浆料弥散式落入料杯，相比其它制浆方法其卷气量明显减少。此外，该方法制备工艺流程短，效率高，设备要求低，操作简单，制备材料尤其适合于各种轻合金。
附图说明
图1为装置整体结构示意图。
其中图示序号：1为支架组件；2为底板；3为立板；4为顶板；5为轴承座；6为限位板；7为活块；8为电机；9为轴承；10为搅拌组件；11为转轴；12为转盘，13为搅拌柱；14为结晶筒组件；15为立筒；16为电热棒；17为热电偶；18为料杯。
具体实施方式
本发明将结合附图通过以下实施例作进一步说明。
如图1所示，本发明所采用的金属半固态浆料制备装置包括：支架组件1、电机8、轴承9、搅拌组件10、结晶筒组件14、料杯18。电机8直接固定于支架组件1的顶板4上，轴承9放入支架组件1的轴承座5内，搅拌组件10通过轴承9放入支架组件1并与电机8相连接，结晶筒组件14在限位板6的限位下及活块7的支撑下放置于支架组件1，料杯18放置于支架组件1的底板2上并位于结晶筒组件14的正下方，以盛装浆料。
所述的支架组件1包括：底板2、立板3、顶板4、轴承座5、限位板6、活块7。两块立板3固定于底板2上，顶板4又固定于两块立板3上，形成矩形支架，轴承座5固定于顶板4的下方，限位板6固定于两块立板3之间，两个活块7分别铰接于限位板6的两边。
所述的搅拌组件10包括：转轴11、转盘12、搅拌柱13。转盘12固定于转轴11的底端，搅拌柱13固定于转盘12上以对浆料进行搅拌处理。
所述的结晶筒组件14包括：立筒15、电热棒16、热电偶17。四根电热棒16及热电偶17放入立筒15的相应孔内。
以铝合金A356材料为例制备半固态浆料。该合金的化学成分为：Si-6.9%，Mg-0.35%，Fe-0.09%，Cu-0.01%，Mn-0.02%，其余为Al。该合金的液相线温度为615℃，固相线温度为574℃。具体工艺过程如下。
1.前期准备。将结晶筒组件14沿着限位板6内壁上升至活块7上方，将两个活块7扳转90°以支撑结晶筒组件14，并将料杯18放于底板2上结晶筒组件14正下方。启动电热棒16并通过热电偶17测温将结晶筒组件14加热到400℃后保温。将A356坯料在熔炼保温炉中熔炼、精炼后冷却至645℃，保温15min等待用浇勺浇注；浇勺预热至620℃。
2.浆料制备。开启电机8，设定转速1000转/分钟，将熔炼好的金属液于645℃靠近转轴11浇于搅拌组件10上方，以使金属液在转盘12的旋转离心力下甩向立筒15内壁，金属液在由中心向边缘转移直至下落的过程中受到了多个搅拌柱13的强烈搅拌，同时降温结晶，制成金属半固态浆料。浆料最终落入料杯18，以备转移使用。
3.装置清理。停机断电，取走料杯18，待装置降温后，将两个活块7扳转90°使结晶筒组件14平稳下落至底板2，此时露出转盘12及搅拌柱13，便可将转盘12、搅拌柱13及立筒15内壁清理干净。

Claims (1)

1.一种制备金属半固态浆料的方法，其特征是包括以下步骤：
a）前期准备：将结晶筒组件（14）沿着限位板（6）内壁上升至活块（7）上方，将两个活块（7）扳转90°以支撑结晶筒组件（14），并将料杯（18）放于底板（2）上结晶筒组件（14）正下方；启动电热棒（16）并通过热电偶（17）测温将结晶筒组件（14）加热到预设温度后保温；同时熔炼好金属液保温等待浇注；浇勺预热至高于金属液相线温度5~10℃；
b）浆料制备：开启电机（8），将熔炼好的金属液冷却至高于液相线温度30~50℃时，浇勺靠近转轴（11）将金属液浇于搅拌组件（10）上方，使金属液在转盘（12）的旋转离心力下甩向立筒（15）内壁，金属液在由中心向边缘转移以及下落的过程中均受到了多个搅拌柱（13）的强烈搅拌，同时降温结晶，制成金属半固态浆料；浆料最终落入料杯（18），所得浆料可作后续加工；
c）装置清理：停机断电，取走料杯（18），待装置降温后，将两个活块（7）扳转90°使结晶筒组件（14）平稳下落至底板（2），此时露出转盘（12）及搅拌柱（13），便可将转盘（12）、搅拌柱（13）及立筒（15）内壁清理干净；
所述的制备金属半固态浆料的方法使用的装置，包括：支架组件（1）、电机（8）、轴承（9）、搅拌组件（10）、结晶筒组件（14）、料杯（18）；电机（8）直接固定于支架组件（1）的顶板（4）上，轴承（9）放入支架组件（1）的轴承座（5）内，搅拌组件（10）通过轴承（9）放入支架组件（1）并与电机（8）相连接，结晶筒组件（14）在限位板（6）的限位下及活块（7）的支撑下放置于支架组件（1），料杯（18）放置于支架组件（1）的底板（2）上并位于结晶筒组件（14）的正下方；
所述的支架组件（1）包括：底板（2）、立板（3）、顶板（4）、轴承座（5）、限位板（6）、活块（7）；两块立板（3）固定于底板（2）上，顶板（4）又固定于两块立板（3）上，形成矩形支架，轴承座（5）固定于顶板（4）的下方，限位板（6）固定于两块立板（3）之间，两个活块（7）分别铰接于限位板（6）的两边；
所述的搅拌组件（10）包括：转轴（11）、转盘（12）、搅拌柱（13）；转盘（12）固定于转轴（11）的底端，搅拌柱（13）固定于转盘（12）上；
所述的结晶筒组件（14）包括：立筒（15）、电热棒（16）、热电偶（17）；四根电热棒（16）及热电偶（17）放入立筒（15）的相应孔内。
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