專利名稱：鋁合金的半凝固漿體的制備方法及成形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金的半凝固漿體的制備方法及成形裝置，用該技術(shù)制造的材料可應(yīng)用于汽車，軍工，航空，航天，機(jī)電和微型機(jī)械等領(lǐng)域關(guān)鍵部件。
背景技術(shù)：
目前，金屬的半凝固體的制造辦法主要有三種一種方法是電磁攪拌，專利申請(qǐng)?zhí)枮?00310115376.9，及專利申請(qǐng)?zhí)枮?2133269.X的中國發(fā)明專利，公開了該技術(shù)，其缺陷是設(shè)備投資龐大，工藝復(fù)雜，制造成本高。
專利申請(qǐng)?zhí)枮?1134349.4的公開了以攪拌剪切方法對(duì)金屬半凝固漿體的制備方法，該方法所使用的設(shè)備是由泵體將金屬液輸送至制漿器中，制漿器為內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒和外筒由齒相連接配合，外部設(shè)有冷卻器，通過內(nèi)外筒的高速旋轉(zhuǎn)攪拌剪切的方法將金屬液制成半凝固態(tài)，其缺點(diǎn)是設(shè)備投資大，耗能多，而且由于在高溫狀態(tài)下金屬液直接與設(shè)備接觸，使鐵質(zhì)溶入金屬液中，造成金屬液的品質(zhì)下降，同時(shí)由于金屬泵體長時(shí)間在金屬液中工作，造成泵體的熔損，造成設(shè)備故障。
專利號(hào)為ZL95190242.3的中國專利公開了一種制造含鈹鋁合金的方法，該方法是先將鋁和鈹制成粉末，將其混合，在約高于鋁的固相線的溫度下熔化該鋁組分，產(chǎn)生固態(tài)鈹分散于液態(tài)鋁的半固態(tài)漿液。其缺點(diǎn)是需要先制造未氧化的鋁和鈹粉，工藝過程較復(fù)雜。
前兩項(xiàng)敘述的方法能夠制取半凝固體的合金種類是有限的，具有狹窄的凝固區(qū)的合金的半凝固體的制造是非常困難的。因此上述三種方法的推廣應(yīng)用是有局限性的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用簡易的傾斜冷卻板來實(shí)現(xiàn)制備半凝固漿體的設(shè)備和方法及成形裝置，使用傾斜冷卻板替代傳統(tǒng)的制備設(shè)備，大大簡化了工藝，減小了設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用，降低了制造成本。
鋁合金的半凝固漿體的制備方法，其特征在于該方法是通過傾斜冷卻板制備鋁合金半凝固漿體，鋁液由保溫爐均勻流出，經(jīng)過過渡橋，流向傾斜冷卻板，在傾斜冷卻板上流動(dòng)的過程中，由初晶的游離制取半凝固漿體。
保溫爐中的鋁液的溫度由保溫溫度來調(diào)控，保溫爐的加熱方式可采用電爐、工頻爐或煤氣、重油加熱；由控制棒的升降速度來控制由保溫爐流出的鋁液流量；進(jìn)入傾斜冷卻板上的鋁液的流速通過調(diào)整過渡橋和傾斜冷卻板的角度控制，傾斜冷卻板的角度根據(jù)鋁合金的種類來調(diào)整；半凝固體的固相率和粘度，以及金屬間化合物的大小形狀由傾斜冷卻板的長度、傾斜角度以及冷卻介質(zhì)的流量來調(diào)控；傾斜冷卻板的冷卻方式采用傾斜冷卻板的背部設(shè)計(jì)成一個(gè)空腔，冷卻介質(zhì)在空腔內(nèi)，從傾斜冷卻板的下部進(jìn)入，上部出來的方式進(jìn)行；傾斜冷卻板的材質(zhì)可選擇所有導(dǎo)熱功能的金屬、陶瓷或非金屬材料；冷卻介質(zhì)可以是淡水、海水、氣體或液態(tài)金屬；傾斜冷卻板的表面涂層材質(zhì)可為金屬氧化物、炭、氮的化合物、或陶瓷材料；傾斜冷卻板的表面的涂層厚度應(yīng)根據(jù)合金種類來調(diào)整。
所述的鋁合金包括凡是在凝固過程中先結(jié)晶出初晶α相的鋁合金，如Al-Cu，Al-Cu-Si，Al-Si，Al-Si-Mg，Al-Mg-Si，Al-Zn，Al-Zn-Mg-Cu。
上述制備的鋁合金的半凝固漿體的成形裝置，可以采用冷、熱模壓鑄機(jī)、鍛造機(jī)、軋輥機(jī)或水平連續(xù)鑄造機(jī)。
制備上述的鋁合金的半凝固漿體的設(shè)備，其特征在于該裝置由控制棒、保溫爐、過渡橋、傾斜冷卻板構(gòu)成，控制棒設(shè)在保溫爐上部，通過電機(jī)和齒輪控制可上下運(yùn)動(dòng)，保溫爐出口連接過渡橋，過渡橋連接傾斜冷卻板；過渡橋和傾斜冷卻板為能夠使鋁液流過且兩側(cè)不能溢出的傾斜結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明經(jīng)過了多年的研究實(shí)驗(yàn)，是一種十分先進(jìn)的金屬加工技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)。
(1)生產(chǎn)設(shè)備簡單，維護(hù)方便，簡化了半凝固漿體的制作工藝，減小了投資成本。
(2)由半凝固態(tài)澆注，澆注溫度低，對(duì)模具的熱沖擊小，可延長模具的壽命。
(3)成品的尺寸精度高，可制取結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁件。
(4)可細(xì)化金屬間化合物，提高制品的質(zhì)量。


圖1是鋁合金的半凝固漿體的制備設(shè)備及直接澆注成形結(jié)構(gòu)圖。
圖2是鋁合金的半凝固漿體的制備設(shè)備及連續(xù)鑄造設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。
圖3-1是直接澆注的棒材毛坯圖。
圖3-2是直接澆注的棒材組織圖。
圖4-1是拉伸棒材的毛坯圖。
圖4-2是拉伸棒材組織圖。
具體實(shí)施例方式
鋁合金的半凝固漿體的制備方法，該方法是通過傾斜冷卻板制備鋁合金半凝固漿體，合金液由保溫爐均勻流出，經(jīng)過過渡橋，流向傾斜冷卻板，在傾斜冷卻板上流動(dòng)的過程中，由初晶的游離制取半凝固漿體。
參見圖1、圖2，制備鋁合金的半凝固漿體所采用的裝置由控制棒1、保溫爐2、過渡橋4、傾斜冷卻板5構(gòu)成，控制棒1設(shè)在保溫爐2上部，通過電機(jī)和齒輪控制可上下運(yùn)動(dòng)，保溫爐2出口連接過渡橋4，過渡橋4連接傾斜冷卻板5；過渡橋和傾斜冷卻板為能夠使合金液流過且兩側(cè)不能溢出的傾斜結(jié)構(gòu)。
由保溫爐2流出的合金液3通過過渡橋4進(jìn)入傾斜冷卻板5，在傾斜冷卻板1上由于初晶的游離制取半凝固漿體6，半凝固漿體進(jìn)入與傾斜冷卻板連接的成形裝置(圖1中成形裝置為直接澆注成形的模具7，圖1中成形裝置為水平連續(xù)鑄造設(shè)備8)。
保溫爐中的鋁液的溫度由保溫溫度來調(diào)控，保溫爐的加熱方式可采用電爐、工頻爐或煤氣、重油加熱；由控制棒的升降速度來控制由保溫爐流出的鋁液流量；進(jìn)入傾斜冷卻板上的鋁液的流速通過調(diào)整過渡橋和傾斜冷卻板的角度控制，傾斜冷卻板的角度根據(jù)鋁合金的種類來調(diào)整；半凝固體的固相率和粘度，以及金屬間化合物的大小形狀由傾斜冷卻板的長度、傾斜角度以及冷卻介質(zhì)的流量來調(diào)控；傾斜冷卻板的冷卻方式采用傾斜冷卻板的背部設(shè)計(jì)成一個(gè)空腔，冷卻介質(zhì)在空腔內(nèi)，從傾斜冷卻板的下部進(jìn)入，上部出來的方式進(jìn)行；傾斜冷卻板的材質(zhì)可選擇所有導(dǎo)熱功能的金屬、陶瓷或非金屬材料；冷卻介質(zhì)可以是淡水、海水、氣體或液態(tài)金屬；傾斜冷卻板的表面涂層材質(zhì)可為金屬氧化物、炭、氮的化合物、或陶瓷材料；傾斜冷卻板的表面的涂層厚度應(yīng)根據(jù)合金種類來調(diào)整。
所述的鋁合金包括凡是在凝固過程中先結(jié)晶出初晶α相的鋁合金，如Al-Cu，Al-Cu-Si，Al-Si，Al-Si-Mg，Al-Mg-Si，Al-Zn，Al-Zn-Mg-Cu等，因此，合金種類非常廣泛。
上述制備的鋁合金的半凝固漿體的成形裝置，可以采用冷、熱模壓鑄機(jī)、鍛造機(jī)、軋輥機(jī)或水平連續(xù)鑄造機(jī)。傾斜冷卻板下直接安裝半凝固體鍛壓機(jī)或壓鑄機(jī)成形加工；直接安裝接近制品的模具來成形，然后進(jìn)行鍛造制造最終產(chǎn)品；可直接安裝軋輥軋成板材，制取板材；在傾斜冷卻板下，安裝制取棒材的模具，充型冷卻制取棒材；也可以設(shè)計(jì)制造水平連鑄設(shè)備制取棒材。
本發(fā)明在應(yīng)用過程中，通過與上述設(shè)備直接連接使用，實(shí)現(xiàn)了鋁合金的半凝固成形。
實(shí)施例1見圖1，用本發(fā)明方法直接澆注制作棒材，直徑為Φ100mm，長度800mm。鑄造條件保溫爐的溫度650℃，傾斜冷卻板長度250mm，傾斜角度45°，傾斜冷卻板材質(zhì)鋼板，傾斜冷卻板表面涂層是炭化物，冷卻水量20L/min。合金的成分按重量百分比為Mg2.5～3.0，Si0.07～1.0，F(xiàn)e0.1～0.15，Ti0.05-0.17，Cu0.01-0.1，Zn0.002-0.05，Mn0.0015-0.05，余量為Al。其結(jié)果見圖3-1和圖3-2，圖3-1是直接澆注的棒材毛坯圖，圖3-2是直接澆注的棒材組織圖。由圖中可看到，初晶的α-Al相由傳統(tǒng)的樹枝狀變成了球狀，而且晶粒的大小在60μm左右，大大細(xì)化了鋁合金組織。
實(shí)施例2見圖2，用本發(fā)明的方法在冷卻板下對(duì)接水平連續(xù)鑄造設(shè)備，拉出棒材，直徑為Φ60mm。鑄造條件保溫爐的溫度620℃，傾斜冷卻板長度300mm，傾斜角度45°，傾斜冷卻板材質(zhì)鋼板，傾斜冷卻板表面涂層是炭化物，冷卻水量20L/min，制造速度6mm/s，冷卻水流量60L/min。合金的成分按重量百分比為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，余量為Al。其結(jié)果見圖4-1和圖4-2，圖4-1是拉伸棒材的毛坯圖，圖4-2是拉伸棒材組織圖。由圖中可看到，初晶的α-Al相由傳統(tǒng)的樹枝狀變成了球狀，而且晶粒的大小在30μm左右，大大細(xì)化了鋁合金組織。
權(quán)利要求
1.鋁合金的半凝固漿體的制備方法，其特征在于該方法是通過傾斜冷卻板制備鋁合金半凝固漿體，鋁液由保溫爐均勻流出，經(jīng)過過渡橋，流向傾斜冷卻板，在傾斜冷卻板上流動(dòng)的過程中，由初晶的游離制取半凝固漿體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金的半凝固漿體的制備方法，其特征在于保溫爐中的鋁液的溫度由保溫溫度來調(diào)控，保溫爐的加熱方式可采用電爐、工頻爐或煤氣、重油加熱爐。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金的半凝固漿體的制備方法，其特征在于由控制棒的升降速度來控制由保溫爐流出的鋁液流量；進(jìn)入傾斜冷卻板上的鋁液的流速通過調(diào)整過渡橋和傾斜冷卻板的角度控制，傾斜冷卻板的角度根據(jù)鋁合金的種類來調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金的半凝固漿體的制備方法，其特征在于半凝固體的固相率和粘度，以及金屬間化合物的大小形狀由傾斜冷卻板的長度、傾斜角度以及冷卻介質(zhì)的流量來調(diào)控。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金的半凝固漿體的制備方法，其特征在于傾斜冷卻板的冷卻方式采用傾斜冷卻板的背部設(shè)計(jì)成一個(gè)空腔，冷卻介質(zhì)在空腔內(nèi)，從傾斜冷卻板的下部進(jìn)入，上部出來的方式進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金的半凝固漿體的制備方法，其特征在于傾斜冷卻板的材質(zhì)可選擇所有導(dǎo)熱功能的金屬、陶瓷或非金屬材料；冷卻介質(zhì)可以是淡水、海水、氣體或液態(tài)金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金的半凝固漿體的制備方法，其特征在于傾斜冷卻板的表面涂層材質(zhì)可為金屬氧化物、炭、氮的化合物、或陶瓷材料；傾斜冷卻板的表面的涂層厚度應(yīng)根據(jù)合金種類來調(diào)整。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金的半凝固漿體的制備方法，其特征在于所述的鋁合金包括凡是在凝固過程中先結(jié)晶出初晶α相的鋁合金，如Al-Cu，Al-Cu-Si，Al-Si，Al-Si-Mg，Al-Mg-Si，Al-Zn，Al-Zn-Mg-Cu。
9.制備權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、或8所述鋁合金的半凝固漿體的成形裝置，其特征在于成形裝置可以采用冷、熱模壓鑄機(jī)、鍛造機(jī)、軋輥機(jī)或水平連續(xù)鑄造機(jī)。
10.制備權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、或8所述的鋁合金的半凝固漿體的設(shè)備，其特征在于該裝置由控制棒、保溫爐、過渡橋、傾斜冷卻板構(gòu)成，控制棒設(shè)在保溫爐上部，通過電機(jī)和齒輪控制可上下運(yùn)動(dòng)，保溫爐出口連接過渡橋，過渡橋連接傾斜冷卻板；過渡橋和傾斜冷卻板為能夠使鋁液流過且兩側(cè)不能溢出的傾斜結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋁合金的半凝固漿體的制備方法及成形裝置，用該技術(shù)制造的材料可應(yīng)用于汽車，軍工，航空，航天，機(jī)電和微型機(jī)械等領(lǐng)域關(guān)鍵部件。該方法是通過傾斜冷卻板制備鋁合金半凝固漿體，鋁液由保溫爐均勻流出，經(jīng)過過渡橋，流向傾斜冷卻板，在傾斜冷卻板上流動(dòng)的過程中，由初晶的游離制取半凝固漿體。優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)設(shè)備簡單，維護(hù)方便，簡化了半凝固漿體的制作工藝，減小了投資成本；由半凝固態(tài)澆注，澆注溫度低，對(duì)模具的熱沖擊小，可延長模具的壽命；成品的尺寸精度高，可制取結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁件；可細(xì)化金屬間化合物，提高制品的質(zhì)量。
文檔編號(hào)B22D17/00GK1757459SQ20051004759
公開日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2005年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月30日
發(fā)明者樸龍?jiān)? 茂木徹一 申請(qǐng)人:樸龍?jiān)?br>