CN1757459A - 铝合金的半凝固浆体的制备方法及成形装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铝合金的半凝固浆体的制备方法及成形装置，用该技术制造的材料可应用于汽车，军工，航空，航天，机电和微型机械等领域关键部件。该方法是通过倾斜冷却板制备铝合金半凝固浆体，铝液由保温炉均匀流出，经过过渡桥，流向倾斜冷却板，在倾斜冷却板上流动的过程中，由初晶的游离制取半凝固浆体。优点是生产设备简单，维护方便，简化了半凝固浆体的制作工艺，减小了投资成本；由半凝固态浇注，浇注温度低，对模具的热冲击小，可延长模具的寿命；成品的尺寸精度高，可制取结构复杂的薄壁件；可细化金属间化合物，提高制品的质量。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金的半凝固浆体的制备方法及成形装置，用该技术制造的材料可应用于汽车，军工，航空，航天，机电和微型机械等领域关键部件。
背景技术
目前，金属的半凝固体的制造办法主要有三种：一种方法是电磁搅拌，专利申请号为200310115376.9，及专利申请号为02133269.X的中国发明专利，公开了该技术，其缺陷是设备投资庞大，工艺复杂，制造成本高。
专利申请号为01134349.4的公开了以搅拌剪切方法对金属半凝固浆体的制备方法，该方法所使用的设备是由泵体将金属液输送至制浆器中，制浆器为内外筒结构，内筒和外筒由齿相连接配合，外部设有冷却器，通过内外筒的高速旋转搅拌剪切的方法将金属液制成半凝固态，其缺点是设备投资大，耗能多，而且由于在高温状态下金属液直接与设备接触，使铁质溶入金属液中，造成金属液的品质下降，同时由于金属泵体长时间在金属液中工作，造成泵体的熔损，造成设备故障。
专利号为ZL95190242.3的中国专利公开了一种制造含铍铝合金的方法，该方法是先将铝和铍制成粉末，将其混合，在约高于铝的固相线的温度下熔化该铝组分，产生固态铍分散于液态铝的半固态浆液。其缺点是需要先制造未氧化的铝和铍粉，工艺过程较复杂。
前两项叙述的方法能够制取半凝固体的合金种类是有限的，具有狭窄的凝固区的合金的半凝固体的制造是非常困难的。因此上述三种方法的推广应用是有局限性的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用简易的倾斜冷却板来实现制备半凝固浆体的设备和方法及成形装置，使用倾斜冷却板替代传统的制备设备，大大简化了工艺，减小了设备投资和维护费用，降低了制造成本。
铝合金的半凝固浆体的制备方法，其特征在于：该方法是通过倾斜冷却板制备铝合金半凝固浆体，铝液由保温炉均匀流出，经过过渡桥，流向倾斜冷却板，在倾斜冷却板上流动的过程中，由初晶的游离制取半凝固浆体。
保温炉中的铝液的温度由保温温度来调控，保温炉的加热方式可采用电炉、工频炉或煤气、重油加热；由控制棒的升降速度来控制由保温炉流出的铝液流量；进入倾斜冷却板上的铝液的流速通过调整过渡桥和倾斜冷却板的角度控制，倾斜冷却板的角度根据铝合金的种类来调整；半凝固体的固相率和粘度，以及金属间化合物的大小形状由倾斜冷却板的长度、倾斜角度以及冷却介质的流量来调控；倾斜冷却板的冷却方式采用倾斜冷却板的背部设计成一个空腔，冷却介质在空腔内，从倾斜冷却板的下部进入，上部出来的方式进行；倾斜冷却板的材质可选择所有导热功能的金属、陶瓷或非金属材料；冷却介质可以是淡水、海水、气体或液态金属；倾斜冷却板的表面涂层材质可为金属氧化物、炭、氮的化合物、或陶瓷材料；倾斜冷却板的表面的涂层厚度应根据合金种类来调整。
所述的铝合金包括：凡是在凝固过程中先结晶出初晶α相的铝合金，如Al-Cu，Al-Cu-Si，Al-Si，Al-Si-Mg，Al-Mg-Si，Al-Zn，Al-Zn-Mg-Cu。
上述制备的铝合金的半凝固浆体的成形装置，可以采用冷、热模压铸机、锻造机、轧辊机或水平连续铸造机。
制备上述的铝合金的半凝固浆体的设备，其特征在于：该装置由控制棒、保温炉、过渡桥、倾斜冷却板构成，控制棒设在保温炉上部，通过电机和齿轮控制可上下运动，保温炉出口连接过渡桥，过渡桥连接倾斜冷却板；过渡桥和倾斜冷却板为能够使铝液流过且两侧不能溢出的倾斜结构。
本发明经过了多年的研究实验，是一种十分先进的金属加工技术，具有以下优点。
(1)生产设备简单，维护方便，简化了半凝固浆体的制作工艺，减小了投资成本。
(2)由半凝固态浇注，浇注温度低，对模具的热冲击小，可延长模具的寿命。
(3)成品的尺寸精度高，可制取结构复杂的薄壁件。
(4)可细化金属间化合物，提高制品的质量。
附图说明
图1是铝合金的半凝固浆体的制备设备及直接浇注成形结构图。
图2是铝合金的半凝固浆体的制备设备及连续铸造设备结构图。
图3-1是直接浇注的棒材毛坯图。
图3-2是直接浇注的棒材组织图。
图4-1是拉伸棒材的毛坯图。
图4-2是拉伸棒材组织图。
具体实施方式
铝合金的半凝固浆体的制备方法，该方法是通过倾斜冷却板制备铝合金半凝固浆体，合金液由保温炉均匀流出，经过过渡桥，流向倾斜冷却板，在倾斜冷却板上流动的过程中，由初晶的游离制取半凝固浆体。
参见图1、图2，制备铝合金的半凝固浆体所采用的装置由控制棒1、保温炉2、过渡桥4、倾斜冷却板5构成，控制棒1设在保温炉2上部，通过电机和齿轮控制可上下运动，保温炉2出口连接过渡桥4，过渡桥4连接倾斜冷却板5；过渡桥和倾斜冷却板为能够使合金液流过且两侧不能溢出的倾斜结构。
由保温炉2流出的合金液3通过过渡桥4进入倾斜冷却板5，在倾斜冷却板1上由于初晶的游离制取半凝固浆体6，半凝固浆体进入与倾斜冷却板连接的成形装置(图1中成形装置为直接浇注成形的模具7，图1中成形装置为水平连续铸造设备8)。
保温炉中的铝液的温度由保温温度来调控，保温炉的加热方式可采用电炉、工频炉或煤气、重油加热；由控制棒的升降速度来控制由保温炉流出的铝液流量；进入倾斜冷却板上的铝液的流速通过调整过渡桥和倾斜冷却板的角度控制，倾斜冷却板的角度根据铝合金的种类来调整；半凝固体的固相率和粘度，以及金属间化合物的大小形状由倾斜冷却板的长度、倾斜角度以及冷却介质的流量来调控；倾斜冷却板的冷却方式采用倾斜冷却板的背部设计成一个空腔，冷却介质在空腔内，从倾斜冷却板的下部进入，上部出来的方式进行；倾斜冷却板的材质可选择所有导热功能的金属、陶瓷或非金属材料；冷却介质可以是淡水、海水、气体或液态金属；倾斜冷却板的表面涂层材质可为金属氧化物、炭、氮的化合物、或陶瓷材料；倾斜冷却板的表面的涂层厚度应根据合金种类来调整。
所述的铝合金包括：凡是在凝固过程中先结晶出初晶α相的铝合金，如Al-Cu，Al-Cu-Si，Al-Si，Al-Si-Mg，Al-Mg-Si，Al-Zn，Al-Zn-Mg-Cu等，因此，合金种类非常广泛。
上述制备的铝合金的半凝固浆体的成形装置，可以采用冷、热模压铸机、锻造机、轧辊机或水平连续铸造机。倾斜冷却板下直接安装半凝固体锻压机或压铸机成形加工；直接安装接近制品的模具来成形，然后进行锻造制造最终产品；可直接安装轧辊轧成板材，制取板材；在倾斜冷却板下，安装制取棒材的模具，充型冷却制取棒材；也可以设计制造水平连铸设备制取棒材。
本发明在应用过程中，通过与上述设备直接连接使用，实现了铝合金的半凝固成形。
实施例1
见图1，用本发明方法直接浇注制作棒材，直径为Φ100mm，长度800mm。铸造条件：保温炉的温度650℃，倾斜冷却板长度250mm，倾斜角度45°，倾斜冷却板材质钢板，倾斜冷却板表面涂层是炭化物，冷却水量20L/min。合金的成分按重量百分比为Mg2.5～3.0，Si0.07～1.0，Fe0.1～0.15，Ti0.05-0.17，Cu0.01-0.1，Zn0.002-0.05，Mn0.0015-0.05，余量为Al。其结果见图3-1和图3-2，图3-1是直接浇注的棒材毛坯图，图3-2是直接浇注的棒材组织图。由图中可看到，初晶的α-Al相由传统的树枝状变成了球状，而且晶粒的大小在60μm左右，大大细化了铝合金组织。
实施例2
见图2，用本发明的方法在冷却板下对接水平连续铸造设备，拉出棒材，直径为Φ60mm。铸造条件：保温炉的温度620℃，倾斜冷却板长度300mm，倾斜角度45°，倾斜冷却板材质钢板，倾斜冷却板表面涂层是炭化物，冷却水量20L/min，制造速度6mm/s，冷却水流量60L/min。合金的成分按重量百分比为Si6.79-7.5、Mg0.4-0.5、Fe0.1-0.14、Ti0.04-0.08、Cu0.02-0.1、Zn0.02-0.05、Mn0.1-0.15，余量为Al。其结果见图4-1和图4-2，图4-1是拉伸棒材的毛坯图，图4-2是拉伸棒材组织图。由图中可看到，初晶的α-Al相由传统的树枝状变成了球状，而且晶粒的大小在30μm左右，大大细化了铝合金组织。
Claims (10)
1、铝合金的半凝固浆体的制备方法，其特征在于：该方法是通过倾斜冷却板制备铝合金半凝固浆体，铝液由保温炉均匀流出，经过过渡桥，流向倾斜冷却板，在倾斜冷却板上流动的过程中，由初晶的游离制取半凝固浆体。
2、根据权利要求1所述的铝合金的半凝固浆体的制备方法，其特征在于：保温炉中的铝液的温度由保温温度来调控，保温炉的加热方式可采用电炉、工频炉或煤气、重油加热炉。
3、根据权利要求1所述的铝合金的半凝固浆体的制备方法，其特征在于：由控制棒的升降速度来控制由保温炉流出的铝液流量；进入倾斜冷却板上的铝液的流速通过调整过渡桥和倾斜冷却板的角度控制，倾斜冷却板的角度根据铝合金的种类来调整。
4、根据权利要求1所述的铝合金的半凝固浆体的制备方法，其特征在于：半凝固体的固相率和粘度，以及金属间化合物的大小形状由倾斜冷却板的长度、倾斜角度以及冷却介质的流量来调控。
5、根据权利要求1所述的铝合金的半凝固浆体的制备方法，其特征在于：倾斜冷却板的冷却方式采用倾斜冷却板的背部设计成一个空腔，冷却介质在空腔内，从倾斜冷却板的下部进入，上部出来的方式进行。
6、根据权利要求1所述的铝合金的半凝固浆体的制备方法，其特征在于：倾斜冷却板的材质可选择所有导热功能的金属、陶瓷或非金属材料；冷却介质可以是淡水、海水、气体或液态金属。
7、根据权利要求1所述的铝合金的半凝固浆体的制备方法，其特征在于：倾斜冷却板的表面涂层材质可为金属氧化物、炭、氮的化合物、或陶瓷材料；倾斜冷却板的表面的涂层厚度应根据合金种类来调整。
8、根据权利要求1所述的铝合金的半凝固浆体的制备方法，其特征在于所述的铝合金包括：凡是在凝固过程中先结晶出初晶α相的铝合金，如Al-Cu，Al-Cu-Si，Al-Si，Al-Si-Mg，Al-Mg-Si，Al-Zn，Al-Zn-Mg-Cu。
9、制备权利要求1、2、3、4、5、6、7、或8所述铝合金的半凝固浆体的成形装置，其特征在于成形装置可以采用冷、热模压铸机、锻造机、轧辊机或水平连续铸造机。
10、制备权利要求1、2、3、4、5、6、7、或8所述的铝合金的半凝固浆体的设备，其特征在于：该装置由控制棒、保温炉、过渡桥、倾斜冷却板构成，控制棒设在保温炉上部，通过电机和齿轮控制可上下运动，保温炉出口连接过渡桥，过渡桥连接倾斜冷却板；过渡桥和倾斜冷却板为能够使铝液流过且两侧不能溢出的倾斜结构。
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