專利名稱：半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半固態(tài)金屬制備技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的制備方法，適用于半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的制備。
背景技術(shù)：
自從七十年代初期美國麻省理工學(xué)院(MIT)發(fā)明了金屬及合金的球狀初晶半固態(tài)成形技術(shù)以來，半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的制備技術(shù)引起各國的廣泛關(guān)注和研究。據(jù)文獻(xiàn)“Behavior of Metal alloys in the Semisolid State”(FlemingsM，Metall Trans，1991，22A957-981)和《半固態(tài)金屬成形技術(shù)》(編著毛衛(wèi)民，機(jī)械工業(yè)出版社，2004)報(bào)道，獲得金屬及合金的球狀初晶半固態(tài)漿料或坯料的方法很多，如機(jī)械攪拌法、電磁攪拌法、變形應(yīng)變激活(strain induced meltactivation)法、超聲波振動(dòng)法、單輥旋轉(zhuǎn)法、熔體混合法、粉末冶金法、噴射沉積法、晶粒細(xì)化和重熔法、紊流效應(yīng)法、低過熱度澆注法。但目前制備球狀初晶半固態(tài)金屬及合金漿料或合金坯料的商用方法只有電磁攪拌法和變形應(yīng)變激活法，因此，球狀初晶半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的制備技術(shù)仍然制約著半固態(tài)金屬成形技術(shù)的應(yīng)用。
在電磁攪拌制備球狀初晶半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料方法中，美國4229210號(hào)和4434837號(hào)專利提出一般金屬及合金液的澆注過熱度都在50℃以上，要求必須進(jìn)行強(qiáng)烈的電磁攪拌，即電磁攪拌所產(chǎn)生的剪切速率一般在500～1500S-1。在這樣的剪切速率下，被攪拌金屬及合金液的旋轉(zhuǎn)速度很高，一般都超過500轉(zhuǎn)/分鐘，這時(shí)才能獲得細(xì)小和球狀初晶的半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料。如果剪切速率小于500S-1，初晶的形態(tài)變差，多為薔薇狀初晶，而且半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料表面的枝晶層較厚，這種半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料不適于半固態(tài)觸變成形。為了進(jìn)行強(qiáng)烈的電磁攪拌，電磁攪拌設(shè)備龐大，投資很高，而且電磁攪拌功率大、效率低、耗能大，因此球狀初晶半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的制備成本較高。
美國專利3902544、3948650、3954455號(hào)和文獻(xiàn)“Rheocasting”(Flemings M，Riek R G and Young K P，Materials Science and ngineering，1976，25103-117)中都提到，制備球狀初晶半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的機(jī)械攪拌方法都采用強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌。機(jī)械攪拌方法利用旋轉(zhuǎn)葉片或攪拌棒將凝固中的初生固相枝晶打碎，獲得球狀初晶的金屬及合金半固態(tài)漿料。在攪拌中，這些機(jī)械攪拌的葉片和攪拌棒的相對(duì)轉(zhuǎn)速都很高，一般均在500轉(zhuǎn)/分鐘以上，甚至超過10000轉(zhuǎn)/分鐘。在如此高的攪拌速率下，攪拌室和攪拌棒的壽命不長，容易污染球狀初晶半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料，球狀初晶半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料也易于氧化，球狀初晶半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的內(nèi)部質(zhì)量低，而且球狀初晶半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的生產(chǎn)效率很低，也無法滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。
文獻(xiàn)“液相線鑄造鋁合金2618顯微組織”(劉丹，崔建忠，夏可農(nóng).東北大學(xué)學(xué)報(bào).1999，20(2)173-176)提出在非攪拌條件下，僅利用控制澆注溫度，也可以制備球狀晶半固態(tài)金屬漿料，這種方法被稱為液相線鑄造法，但該方法要求金屬及合金液的澆注溫度非常接近該金屬液的液相線溫度，即比該液相線溫度高1～5℃，才能獲得球狀晶半固態(tài)金屬漿料，這使得金屬液溫度的控制變得十分困難，金屬液的流動(dòng)性變差，尤其在低導(dǎo)熱性金屬液或大量金屬液及連鑄中難以實(shí)現(xiàn)和操作。如果提高金屬液的澆注溫度，初生固相的球狀形態(tài)立即惡化，由液相線澆注時(shí)的球狀轉(zhuǎn)變?yōu)樗N薇狀或枝晶狀，這種半固態(tài)金屬漿料的觸變性很差，半固態(tài)成形時(shí)的變形不均勻，易出現(xiàn)液固相偏析，非常不利于金屬的半固態(tài)成形。
中國專利00109540.4提出了一種制備球狀初晶半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的方法，即將低過度的金屬及合金液直接澆入鑄?；蜻B鑄結(jié)晶器中，同時(shí)對(duì)該過熱金屬及合金液進(jìn)行弱攪拌，就可制備出球狀初晶半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料，而且該球狀初晶半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料純凈，不會(huì)受到制備裝置的污染，因此該制備方法的設(shè)備投資較低、球狀初晶半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的制備成本較低。但該方法在制備球狀半固態(tài)金屬及合金漿料時(shí)還需要專門的電磁攪拌設(shè)備或機(jī)械攪拌設(shè)備，整體設(shè)備的構(gòu)成復(fù)雜，制備工藝較麻煩。
特別需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，在以上各種制備球狀初晶半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的工藝中，都會(huì)涉及金屬及合金液的澆注過程，但這些工藝都要求盡可能地降低澆注高度，以免合金液過分氧化及造成飛濺等事故。
文獻(xiàn)“澆注工藝對(duì)A1Si7Mg合金半固態(tài)組織的影響”(毛衛(wèi)民，趙愛民，崔成林，楊繼蓮，鐘雪友，2000年中國材料研討會(huì)，2000年11月7-10日，北京164)和文獻(xiàn)“AlSi7Mg合金半固態(tài)坯料的低溫澆注制備工藝”(毛衛(wèi)民，趙愛民，張麗娟，崔成林，甄子勝，楊繼蓮，陳洪濤，中國有色金屬學(xué)報(bào)，2002，12，鋁合金專輯64-69)介紹了澆注高度(≤400mm)對(duì)半固態(tài)AlSi7Mg合金組織的積極作用。但在實(shí)際制備半固態(tài)鋁合金漿料或坯料時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)漿料或坯料心部的球狀初生相不太圓整和比較粗大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的制備方法。實(shí)現(xiàn)了制備工藝簡單、投資少、生產(chǎn)成本低，非常適合半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金的成形生產(chǎn)。
本發(fā)明采取在較高的澆注高度和其他措施下，直接將一定過熱度的鋁及鋁合金或鎂及鎂合金液澆入制備坩堝即承接容器中，或先將一定過熱度的鋁及鋁合金或鎂及鎂合金液澆入垂直直管通道，再流入制備坩堝即承接容器中，以此避免鋁及鋁合金或鎂及鎂合金的氧化或飛濺，這兩種方法均可以獲得更優(yōu)良的半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金組織；同時(shí)控制該鋁及鋁合金或鎂及鎂合金的凝固冷卻過程，準(zhǔn)確控制球狀初晶的半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料的固相分?jǐn)?shù)，然后將該固相分?jǐn)?shù)的球狀初晶的半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料直接送至壓鑄機(jī)或鍛造機(jī)成形；或?qū)⒃摴滔喾謹(jǐn)?shù)的球狀初晶的半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料完全凝固成坯料，再將該坯料重新加熱至合金固液兩相區(qū)的某儀溫度下，最后將該半固態(tài)坯料送至壓鑄機(jī)或鍛造機(jī)成形。該制備工藝簡單、半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金組織形態(tài)好、生產(chǎn)成本低，非常適合半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料或坯料的制備。
本發(fā)明的具體工藝如下1、產(chǎn)生一過熱的鋁及鋁合金液，將該過熱鋁及鋁合金液的溫度預(yù)先控制在其實(shí)際液相線溫度以上5～100℃，并在410～1500mm的高度下，將該過熱鋁及鋁合金液直接澆入制備坩堝即承接容器中，或先該過熱5～100℃的鋁及鋁合金液先澆入垂直直管通道，再流入制備坩堝即承接容器中，以此避免鋁及鋁合金的氧化或飛濺。
2、產(chǎn)生一過熱的鎂及鎂合金液，將該過熱鎂及鎂合金液的溫度預(yù)先控制在其實(shí)際液相線溫度以上5～50℃，并在200～1500mm的高度下，將該過熱鎂及鎂合金液直接澆入制備坩堝即承接容器中，或先該過熱5～50℃的鎂及鎂合金液先澆入垂直直管通道，再流入制備坩堝即承接容器中，以此避免鎂及鎂合金的氧化或飛濺。
3、該制備坩堝即承接容器的形狀可以是圓柱形容器或方柱形容器，該制備坩堝即承接容器的材質(zhì)可以是非金屬或無磁金屬。該垂直直管通道的形狀可以是圓柱形管或矩柱形管，其材質(zhì)可以是非金屬或金屬；該垂直直管通道的內(nèi)壁設(shè)有低導(dǎo)熱襯里，該低導(dǎo)熱襯里的厚度為0.2～5mm；該垂直直管通道的長度比澆注高度約低50～100mm。
4、在澆注之后，立即將該制備坩堝即承接容器和該制備坩堝即承接容器中的球狀初晶的半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料一起移入組織控制器中。該組織控制器中設(shè)有加熱元件和冷卻元件，可以控制半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料的冷卻或均熱，使該球狀初晶進(jìn)一步圓整優(yōu)化和控制該半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料達(dá)到預(yù)定的固相分?jǐn)?shù)或溫度，該預(yù)定的固相分?jǐn)?shù)為0.1～0.9，但最佳范圍是0.3～0.7，或該預(yù)定溫度等于該固相分?jǐn)?shù)所對(duì)應(yīng)的半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金的溫度；如果冷卻半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料，則該特定的冷卻速度為1～50℃/min，最終使該半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料的溫度場均勻；如果均熱半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料，則該均熱時(shí)間為1～3600秒。該控制器中的加熱元件可通過其產(chǎn)生的電阻熱、或天然氣燃燒熱、或煤氣燃燒熱、或燃油燃燒熱、或電磁感應(yīng)熱來維持半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料的固相分?jǐn)?shù)或溫度。該控制器中的冷卻元件可通以室溫空氣、或室溫氬氣、或室溫氮?dú)獾葰怏w，或通以自來水，以此來控制半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料的固相分?jǐn)?shù)或溫度。
5、在澆注之后，也可將該制備坩堝即承接容器和該制備坩堝即承接容器中的球狀初晶的半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料一起移入一保溫爐中，對(duì)球狀初晶的半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料進(jìn)行均熱保溫，使該球狀初晶進(jìn)一步圓整優(yōu)化，也使該半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料的溫度場均勻，控制該半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料達(dá)到預(yù)定的固相分?jǐn)?shù)或溫度。該均熱保溫時(shí)間為1～3600秒，該預(yù)定的固相分?jǐn)?shù)為0.1～0.9，但最佳固相分?jǐn)?shù)范圍是0.3～0.7。該球狀初晶半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料的均熱保溫溫度位于該鋁及鋁合金或鎂及鎂合金的液相線溫度和固相線溫度之間，或該預(yù)定溫度等于該固相分?jǐn)?shù)所對(duì)應(yīng)的半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金的溫度。該保溫爐由電阻熱、或天然氣燃燒熱、或煤氣燃燒熱、或燃油燃燒熱、或電磁感應(yīng)熱維持特定的均熱保溫溫度。
6、或在澆注之后，讓該鋁及鋁合金或鎂及鎂合金液體在該制備坩堝即承接容器完全凝固，即可獲得特制的半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金坯料。該坯料可作為半固態(tài)觸變成形的原始坯料。
7、在球狀初晶的半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料的冷卻或均熱過程中，控制其半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料的內(nèi)外溫度差不大于±5℃。
8、在制備坩堝和澆注垂直直管通道中，可以通入保護(hù)氣體來避免或減少鋁及鋁合金或鎂及鎂合金液的氧化。該保護(hù)氣體可以是氬氣、或氮?dú)?、或氦氣、或SF6與空氣的混合氣體。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在于精確控制鋁及鋁合金或鎂及鎂合金液的過熱度為5～100℃，并在200～1500mm的高度下，將該過熱鋁及鋁合金或鎂及鎂合金液直接澆入到制備坩堝即承接容器中，或先將一定過熱度的鋁及鋁合金或鎂及鎂合金液澆入垂直直管通道，再流入制備坩堝即承接容器中，以此避免鋁及鋁合金或鎂及鎂合金的氧化或飛濺，這兩種方法均取消了復(fù)雜的單純電磁攪拌或機(jī)械攪拌裝備，也取消了復(fù)雜的低過熱度澆注和弱攪拌復(fù)合制備中的電磁攪拌或機(jī)械攪拌裝備，也大大降低了液相線澆注的難度，大大減少了制備能耗，同樣可獲得優(yōu)良的球狀初晶半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料或坯料，明顯降低了半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料或坯料的制備成本。這些球狀初晶半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料經(jīng)過進(jìn)一步的冷卻或均熱保溫，球狀初晶的形態(tài)得到進(jìn)一步的圓整優(yōu)化，將該圓整優(yōu)化的球狀初晶半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料直接送至壓鑄機(jī)或鍛造機(jī)的壓射室進(jìn)行半固態(tài)成形，大大縮短了半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金的觸變成形工藝流程，也大幅度減少了設(shè)備投資，最終降低了半固態(tài)成形件的成本。本發(fā)明的制備球狀初晶的半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料工藝是一坩堝一坩堝的制備，球狀初晶的半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料的輸送很容易實(shí)現(xiàn)，漿料的液相分?jǐn)?shù)還可以控制的較高，便于成形非常復(fù)雜的零件毛坯，而常規(guī)半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金觸變成形坯料的液相分?jǐn)?shù)不能控制太高，成形非常復(fù)雜零件毛坯時(shí)遇到困難，否則坯料的搬運(yùn)難以實(shí)現(xiàn)工藝操作。本發(fā)明的工藝使球狀初晶的半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金漿料直接成形后的澆注系統(tǒng)、廢品將直接在本車間回用，降低原料成本，而常規(guī)球狀初晶的半固態(tài)鋁及鋁合金或鎂及鎂合金坯料觸變成形后的澆注系統(tǒng)、廢品必須返回到坯料制備車間或坯料供應(yīng)者的生產(chǎn)廠，增加了成形生產(chǎn)成本。
該方法還適應(yīng)于銅基合金、鋅基合金、鎳基合金、鈷基合金和鐵基合金的球狀初晶的半固態(tài)金屬及或合金漿料或坯料的制備。


圖1是本發(fā)明的球狀初晶的半固態(tài)A356鋁合金漿料的淬火組織，淺色區(qū)域?yàn)榍驙畛跎?Al，深色區(qū)域?yàn)槟痰墓簿б后w。
圖2是本發(fā)明的經(jīng)過圓整優(yōu)化后的球狀初晶的半固態(tài)A356鋁合金漿料的淬火組織，淺色區(qū)域?yàn)榍驙畛跎?Al，深色區(qū)域?yàn)槟痰墓簿б后w。
圖3是本發(fā)明的球狀初晶的半固態(tài)A356鋁合金漿料的淬火組織，淺色區(qū)域?yàn)榍驙畛跎?Al，深色區(qū)域?yàn)槟痰墓簿б后w。
圖4是本發(fā)明的經(jīng)過圓整優(yōu)化后的球狀初晶的半固態(tài)A356鋁合金漿料的淬火組織，淺色區(qū)域?yàn)榍驙畛跎?Al，深色區(qū)域?yàn)槟痰墓簿б后w。
圖5是本發(fā)明的球狀初晶的半固態(tài)AZ91D鎂合金漿料的淬火組織，淺色區(qū)域?yàn)榍驙畛跎?AZ91D鎂，深色區(qū)域?yàn)槟痰墓簿б后w。
圖6是本發(fā)明的經(jīng)過圓整優(yōu)化后的球狀初晶的半固態(tài)AZ91D鎂合金漿料的淬火組織，淺色區(qū)域?yàn)榍驙畛跎?AZ91D鎂，深色區(qū)域?yàn)槟痰墓簿б后w具體實(shí)施方式
例1A356鋁合金液利用電阻熔化爐產(chǎn)生過熱度為15℃的A356鋁合金液，在450mm的澆注高度下，將該過熱度的A356鋁合金液直接澆入不銹鋼質(zhì)的制備坩堝即承接容器中，當(dāng)A356鋁合金液部分凝固時(shí)，即可得到球狀初晶的半固態(tài)A356鋁合金漿料，其組織如圖1所示；將該制備坩堝即承接容器連同其中的球狀初晶的半固態(tài)A356鋁合金漿料移至一個(gè)組織控制器中，該組織控制器由一個(gè)中頻電磁感應(yīng)圈構(gòu)成，控制其功率以使該制備坩堝即承接容器連同其中的球狀初晶的半固態(tài)A356鋁合金漿料進(jìn)一步的冷卻，冷卻速度為5℃/min，將該球狀初晶的半固態(tài)A356鋁合金的固相分?jǐn)?shù)控制在預(yù)定的范圍，即0.4～0.6；在該冷卻過程中，該半固態(tài)A356鋁合金漿料的球狀初晶得到進(jìn)一步的圓整優(yōu)化，如圖2所示；在該冷卻過程中，該半固態(tài)A356鋁合金漿料的邊緣和心部的溫度差小于±3℃；至此，適合半固態(tài)流變壓鑄或流變鍛造的具有球狀初晶的半固態(tài)A356鋁合金漿料就制備完畢。
利用電阻熔化爐產(chǎn)生過熱度為25℃的A356鋁合金液，在1200mm的澆注高度下，將該過熱度的A356鋁合金液先澆入長度為1100mm的碳鋼垂直直管通道(該垂直直管通道內(nèi)壁涂刷了0.5mm厚的鋯英粉涂料)，該過熱度的A356鋁合金液再流入不銹鋼質(zhì)的制備坩堝即承接容器中，當(dāng)A356鋁合金液部分凝固時(shí)，即可得到球狀初晶的半固態(tài)A356鋁合金漿料，其組織如圖3所示；將該制備坩堝即承接容器連同其中的球狀初晶的半固態(tài)A356鋁合金漿料移至一個(gè)組織控制器中，該組織控制器由中頻電磁感應(yīng)圈構(gòu)成，控制其功率以使該制備坩堝即承接容器連同其中的球狀初晶的半固態(tài)A356鋁合金漿料進(jìn)一步的冷卻，冷卻速度為5℃/min，將該球狀初晶的半固態(tài)A356鋁合金的固相分?jǐn)?shù)控制在預(yù)定的范圍，即0.4～0.6；在該冷卻過程中，該半固態(tài)A356鋁合金漿料的球狀初晶得到進(jìn)一步的圓整優(yōu)化，如圖4所示；在該冷卻過程中，該半固態(tài)A356鋁合金漿料的邊緣和心部的溫度差小于±3℃；至此，適合半固態(tài)流變壓鑄或流變鍛造的具有球狀初晶的半固態(tài)A356鋁合金漿料就制備完畢。
利用電阻熔化爐產(chǎn)生過熱度為15℃的A356鋁合金液，在450mm的澆注高度下，將該過熱度的A356鋁合金液直接澆入不銹鋼質(zhì)的制備坩堝即承接容器中，或?qū)⒃撨^熱度的A356鋁合金液先澆入垂直直管通道，該垂直直管通道的長度為350mm，該過熱度的A356鋁合金液再流入制備坩堝即承接容器中，當(dāng)該A356鋁合金液完全部分凝固后，即可得到球狀初晶的半固態(tài)A356鋁合金坯料，其組織如圖1所示。
例2AZ91D鎂合金液利用電阻熔化爐產(chǎn)生過熱度為10℃的AZ91D鎂合金液，在300mm的澆注高度下和SF6與空氣混合氣體(含SF61％)的保護(hù)下，將該過熱度的AZ91D鎂合金液直接澆入不銹鋼質(zhì)的制備坩堝即承接容器中，當(dāng)AZ91D鎂合金液部分凝固時(shí)，即可得到球狀初晶的半固態(tài)AZ91D鎂合金漿料，其組織如圖5所示；將該制備坩堝即承接容器連同其中的球狀初晶的半固態(tài)AZ91D鎂合金漿料移至一個(gè)組織控制器中，該組織控制器由一個(gè)中頻電磁感應(yīng)圈構(gòu)成，控制其功率以使該制備坩堝即承接容器連同其中的球狀初晶的半固態(tài)AZ91D鎂合金漿料進(jìn)一步的冷卻，冷卻速度為1℃/min，將該球狀初晶的半固態(tài)AZ91D鎂合金的固相分?jǐn)?shù)控制在預(yù)定的范圍，即0.4～0.6；在該冷卻過程中，該半固態(tài)AZ91D鎂合金漿料的球狀初晶得到進(jìn)一步的圓整優(yōu)化，如圖6所示；在該冷卻過程中，該半固態(tài)AZ91D鎂合金漿料的邊緣和心部的溫度差小于±3℃；在該冷卻過程中，該半固態(tài)AZ91D鎂合金漿料繼續(xù)受到SF6與空氣混合氣體(含SF61％)的保護(hù)；至此，適合半固態(tài)流變壓鑄或流變鍛造的具有球狀初晶的半固態(tài)AZ91D鎂合金漿料就制備完畢。
利用電阻熔化爐產(chǎn)生過熱度為15℃的AZ91D鎂合金液，在1000mm的澆注高度和SF6與空氣混合氣體(含SF61％)的保護(hù)下，先將該過熱度的AZ91D鎂合金液澆入長度為900mm的碳鋼垂直直管通道(該垂直直管通道內(nèi)壁涂刷了0.5mm厚的鋯英粉涂料)，該過熱度的AZ91D鎂合金液再流入不銹鋼質(zhì)的制備坩堝即承接容器中，當(dāng)AZ91D鎂合金液部分凝固時(shí)，即可得到球狀初晶的半固態(tài)AZ91D鎂合金漿料，其組織如圖5所示；將該制備坩堝即承接容器連同其中的球狀初晶的半固態(tài)AZ91D鎂合金漿料移至一個(gè)組織控制器中，該組織控制器由一個(gè)中頻電磁感應(yīng)圈構(gòu)成，控制其功率以使該制備坩堝即承接容器連同其中的球狀初晶的半固態(tài)AZ91D鎂合金漿料進(jìn)一步的冷卻，冷卻速度為1℃/min，將該球狀初晶的半固態(tài)AZ91D鎂合金的固相分?jǐn)?shù)控制在預(yù)定的范圍，即0.4～0.6；在該冷卻過程中，該半固態(tài)AZ91D鎂合金漿料的球狀初晶得到進(jìn)一步的圓整優(yōu)化，如圖6所示；在該冷卻過程中，該半固態(tài)AZ91D鎂合金漿料的邊緣和心部的溫度差小于±3℃；在該冷卻過程中，該半固態(tài)AZ91D鎂合金漿料繼續(xù)受到SF6與空氣混合氣體(含SF61％)的保護(hù)；至此，適合半固態(tài)流變壓鑄或流變鍛造的具有球狀初晶的半固態(tài)AZ91D鎂合金漿料就制備完畢。
利用電阻熔化爐產(chǎn)生過熱度為10℃的AZ91D鎂合金液，在300mm的澆注高度下和SF6與空氣混合氣體(含SF61％)的保護(hù)下，將該過熱度的AZ91D鎂合金液直接澆入不銹鋼質(zhì)的制備坩堝即承接容器中，或先將該過熱度的AZ91D鎂合金液澆入垂直直管通道，該垂直直管通道的長度為250mm，該過熱度的AZ91D鎂合金液再流入制備坩堝即承接容器中，當(dāng)該AZ91D鎂合金液完全部分凝固后，即可得到球狀初晶的半固態(tài)AZ91D鎂合金坯料，其組織如圖5所示。
權(quán)利要求
1.一種半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的制備方法，產(chǎn)生低過熱度的過熱金屬及合金液，將該過熱金屬及合金液的溫度預(yù)先控制在其實(shí)際液相線溫度以上5～100℃，將該過熱金屬及合金液直接澆入制備坩堝即承接容器中，其特征在于a.首先在200～1500mm的高度下，將該過熱金屬及合金液直接澆入制備坩堝即承接容器中；b.在澆注之后，將該制備坩堝即承接容器和該制備坩堝即承接容器中的球狀初晶的半固態(tài)金屬及合金漿料一起移入組織控制器中，對(duì)球狀初晶的半固態(tài)金屬及合金漿料進(jìn)行冷卻或均熱，使該球狀初晶進(jìn)一步圓整優(yōu)化，也使該半固態(tài)金屬及合金漿料的溫度場均勻。
2.按照權(quán)利要求書1所述的方法，其特征在于在200～1500mm的高度下，先將該過熱金屬及合金液澆入垂直直管通道，再流入制備坩堝即承接容器中。
3.按照權(quán)利要求書1或2所述的方法，其特征在于在澆注之后，立即將該制備坩堝即承接容器和該制備坩堝即承接容器中的球狀初晶的半固態(tài)金屬及合金漿料一起移入組織控制器中，該組織控制器中設(shè)有加熱元件和冷卻元件，控制半固態(tài)金屬及合金漿料的冷卻或均熱，使該球狀初晶進(jìn)一步圓整優(yōu)化和控制該半固態(tài)金屬及合金漿料達(dá)到預(yù)定的固相分?jǐn)?shù)或溫度，該預(yù)定的固相分?jǐn)?shù)為0.1～0.9，或該預(yù)定溫度等于該固相分?jǐn)?shù)所對(duì)應(yīng)的該金屬及合金的溫度；冷卻半固態(tài)金屬及合金漿料，則該特定的冷卻速度為1～50℃/min，最終使該半固態(tài)金屬及合金漿料的溫度場均勻；均熱半固態(tài)金屬及合金漿料，則該均熱時(shí)間為1～3600秒；該控制器中的加熱元件通過其產(chǎn)生的電阻熱、或天然氣燃燒熱、或煤氣燃燒熱、或燃油燃燒熱、或電磁感應(yīng)熱來維持半固態(tài)金屬及合金漿料的固相分?jǐn)?shù)或溫度；該控制器中的冷卻元件通以室溫空氣或室溫氬氣、室溫氮?dú)?，或通以自來水或其他冷卻液體，以此來控制半固態(tài)金屬及合金漿料的固相分?jǐn)?shù)或溫度。
4.按照權(quán)利要求書1或2所述的方法，其特征在于在澆注之后，將該制備坩堝即承接容器和該制備坩堝即承接容器中的球狀初晶的半固態(tài)金屬及合金漿料一起移入保溫爐中，對(duì)球狀初晶的半固態(tài)金屬及合金漿料進(jìn)行均熱保溫，使該球狀初晶進(jìn)一步圓整優(yōu)化，也使該半固態(tài)半固態(tài)金屬及合金漿料的溫度場均勻，控制該半固態(tài)半固態(tài)金屬及合金漿料達(dá)到預(yù)定的固相分?jǐn)?shù)或溫度；該均熱保溫時(shí)間為1～3600秒，該預(yù)定的固相分?jǐn)?shù)為0.1～0.9，該球狀初晶半固態(tài)金屬及合金漿料的均熱保溫溫度位于該金屬及合金的液相線溫度和固相線溫度之間，或該預(yù)定溫度等于該固相分?jǐn)?shù)所對(duì)應(yīng)的半固態(tài)金屬及合金的溫度；該保溫爐由電阻熱或天然氣燃燒熱、或煤氣燃燒熱、或燃油燃燒熱、或電磁感應(yīng)熱維持特定的均熱保溫溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在澆注之后，該金屬及合金液體在該制備坩堝即承接容器完全凝固，即可獲得半固態(tài)金屬及合金坯料，該坯料可作為半固態(tài)觸變成形的原始坯料。
6.按照權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于該球狀初晶的半固態(tài)金屬及合金漿料在冷卻或均熱過程中，控制其半固態(tài)金屬及合金漿料的邊緣與心部的溫度差在±5℃之內(nèi)。
7.按照權(quán)利要求1～6任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于該制備坩堝和澆注垂直直管通道中通入保護(hù)氣體，以避免或減少金屬及合金液的氧化；該保護(hù)氣體可以是氬氣、或氮?dú)?、或氦氣、或SF6與空氣的混合氣體。
8.按照權(quán)利要求1～7任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于制備坩堝即承接容器的形狀為圓柱形容器或方柱形容器，其材質(zhì)為非金屬或無磁金屬。
9.按照權(quán)利要求1～7任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于該垂直直管通道的形狀為圓柱形管或矩柱形管，其材質(zhì)為非金屬或金屬；該垂直直管通道的內(nèi)壁設(shè)有低導(dǎo)熱襯里，該低導(dǎo)熱襯里的厚度為0.2～5mm；該垂直直管通道的長度比澆注高度約低50～100mm。
全文摘要
提供了一種半固態(tài)金屬及合金漿料或坯料的制備方法，產(chǎn)生低過熱度的過熱金屬及合金液，將該過熱金屬及合金液的溫度預(yù)先控制在其實(shí)際液相線溫度以上5～100℃，將該過熱金屬及合金液直接澆入一制備坩堝即承接容器中。其特征在于首先在200～1500mm的高度下，將該過熱金屬及合金液直接澆入一個(gè)制備坩堝即承接容器中。在澆注之后，將該制備坩堝即承接容器和該制備坩堝即承接容器中的球狀初晶的半固態(tài)金屬及合金漿料一起移入組織控制器中，對(duì)球狀初晶的半固態(tài)金屬及合金漿料進(jìn)行冷卻或均熱，使該球狀初晶進(jìn)一步圓整優(yōu)化，也使該半固態(tài)金屬及合金漿料的溫度場均勻。其優(yōu)點(diǎn)在于簡化制備工藝、減少能耗、縮短工藝流程，降低鑄件或鍛件的生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C22C1/00GK1594618SQ20041000929
公開日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2004年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月1日
發(fā)明者毛衛(wèi)民 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)