碳化硅顆粒增強鋁基復合型材鑄軋成形設備及鑄軋方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種碳化娃顆粒增強侶基復合型材鑄社成形設備及方法，屬于單質(zhì)金 屬及金屬基復合材料鑄社成形技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳化娃顆粒增強侶基材復合材料（SiliconCarbideParticulateReinforced Al-matrixComposite,簡稱SiCp/Al復合材料）具有高的比強度、比模量，優(yōu)異的耐熱性、 耐沖擊和耐磨性等優(yōu)點。異形截面SiCp/Al復合型材，作為一種兼具輕量化和功能化的新 型金屬基復合材料，在航空航天、汽車制造、船舶制造、電子通訊等行業(yè)具有廣泛應用前景。 目前，可通過攬拌鑄造法、粉末冶金法和噴射沉積法制得SiCp/Al生巧，再進行二次成形獲 得終態(tài)型材。但由于SiCp/Al復合材料的可加工性一般較差，異型截面型材加工主要采用 擠壓、模鍛等成形工藝，流程較長且易形成組織不均勻和界面損傷導致的隱性微裂紋等缺 陷。為滿足現(xiàn)代高端產(chǎn)業(yè)對顆粒增強金屬基復合材料的迫切需求，亟待開發(fā)斷面結(jié)構(gòu)合理、 工藝高效穩(wěn)定W及產(chǎn)品規(guī)格更廣的異型截面型材近終成形新技術(shù)。
[0003] 雙漉連續(xù)鑄社技術(shù)是近年來材料成形方向備受關注的熱點之一，它將快速凝固技 術(shù)和社制技術(shù)結(jié)合起來，使得金屬烙體在漉縫之間完成凝固和熱社兩個過程，是一種短流 程近終成形技術(shù)。目前，該技術(shù)已被廣泛應用于侶合金、儀合金板帶鑄社成形生產(chǎn)，在合金 鋼、娃鋼等黑色金屬W及雙金屬層狀復合材料成形方面也有所突破。攬拌鑄造是目前較為 簡便、低價的SiCp/Al復合材料制備方法，可實現(xiàn)微納尺度SiC增強顆粒和體積分數(shù)4~ 20%的復合材料生巧制備。將SiCp/Al復合材料漿料機械攬拌制備技術(shù)、雙漉鑄社與孔型 社制工藝相結(jié)合，為SiCp/Al復合型材的直接鑄社成形提供了可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的，在于提供一種短流程的簡單異形截面型材鑄社成形設備及工藝， W實現(xiàn)碳化娃顆粒增強侶基（簡稱SiCp/Al)復合型材或儀合金、侶合金、合金鋼等單質(zhì)金 屬型材的近終成形。 陽〇化]具體的，本發(fā)明提供一種碳化娃侶基材復合型材鑄社成形設備，其包括雙漉鑄社 機、架設在所述雙漉鑄社機的機架之上的復合漿料制備裝置，所述復合漿料制備裝置包括 加熱爐、罩住所述加熱爐的外罩、布流組件、鋼包、攬拌器、碳化娃顆粒添加裝置和熱電偶；
[0006] 所述布流組件位于加熱爐的底壁上，其包括基座、設置在基座中的導流管、位于導 流管的出口端上的滑動水口和布流器，所述布流器位于所述雙漉鑄社機的第一漉和第二漉 所形成的漉縫的上方；
[0007] 所述鋼包設置在基座上其內(nèi)容納由侶基材和碳化娃顆粒構(gòu)成的復合漿料；
[000引所述碳化娃顆粒添加裝置包括顆粒加料口、管道和出料口，所述出料口位于鋼包 上方中間位置處；
[0009] 所述攬拌器包括設置在外罩上的電機、高度調(diào)節(jié)機構(gòu)和由所述電機驅(qū)動的葉片， 所述葉片插入到所述復合漿料中；
[0010] 所述熱電偶通過外罩上的通孔而插入到復合漿料中。
[0011] 優(yōu)選地，所述第一漉和第二漉均包括忍漉和漉套，所述漉套與所述忍漉之間為過 盈配合結(jié)構(gòu)，所述漉套的外表面沿圓周方向開設不同形狀孔槽，使所述漉縫形成異型截面 孔型。
[0012] 優(yōu)選地，所述顆粒加料口為漏斗狀并且所述管道為耐高溫陶瓷管道。
[0013] 優(yōu)選地，所述加熱爐中設有通入氣氣或氮氣的保護氣體導管。
[0014] 優(yōu)選地，所述高度調(diào)節(jié)機構(gòu)包括調(diào)節(jié)手輪、齒輪和齒條，所述調(diào)節(jié)手輪與齒輪連 接，所述電機外殼上沿軸向安裝有齒條；
[0015] 所述電機為直流調(diào)速電機，其能驅(qū)動所述攬拌器W0~lOOOrpm轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所述高 度調(diào)節(jié)機構(gòu)能驅(qū)動所述攬拌器沿高度方向位置調(diào)節(jié)，所述位置調(diào)節(jié)的行程為0-500mm。
[0016] 優(yōu)選地，所述第一漉和第二漉水平平行布置，所述漉縫與位于雙漉鑄社機第一漉 和第二漉兩側(cè)的側(cè)封裝置一起構(gòu)成復合漿料的鑄社烙池。
[0017] 優(yōu)選地，所述第一漉和第二漉的直徑為0160~012()Omm，所述漉套厚度為20~ 50mm〇
[0018] 優(yōu)選地，所述忍漉表面開設有冷卻水道，所述漉套內(nèi)孔兩側(cè)開設有密封槽，所述密 封槽用于容納實現(xiàn)與所述忍漉過盈配合的密封圈，所述密封槽的槽底部壁厚不小于10mm。
[0019] 本發(fā)明還提供一種制造碳化娃侶基材復合型材的連續(xù)鑄社方法，其包括W下步 驟：
[0020] S1、將碳化娃顆粒在空氣中加熱至1000°C，保溫1~3個小時后緩慢冷卻至 20-25 °C，對其表面進行氧化處理；
[0021] S2、根據(jù)待生產(chǎn)產(chǎn)品規(guī)格選擇相應孔型的鑄社漉，完成鑄社漉系裝配，調(diào)節(jié)漉縫并 對齊異型截面孔型；
[0022] S3、將侶合金巧料置入鋼包中，通過保護氣體導管向加熱爐內(nèi)腔內(nèi)通入氣氣或氮 氣，待加熱爐內(nèi)腔的內(nèi)部空氣被排空后，啟動加熱爐，將侶合金加熱至640°C~700°C;
[0023] S4、啟動電機，驅(qū)動攬拌器對鋼包內(nèi)侶液進行攬拌，在侶液中屯、處形成縱滿，同時 通過碳化娃顆粒添加裝置將預處理過的碳化娃顆粒W0. 5~2g/s的速度加入侶烙液縱滿 內(nèi)，直至顆粒完全、均勻地分散到侶液中，獲得體積分數(shù)為4~30%的碳化娃顆粒增強侶基 材復合漿料；
[0024] S5、預熱布流組件至200~450°C，調(diào)整位置使其對齊鑄社漉系的漉縫后開啟所述 鑄社機，設定鑄社漉轉(zhuǎn)速為0. 5~2m/min;W及
[00巧]S6、打開滑動水口，將制備好的復合漿料通過布流組件均勻穩(wěn)定地注入由鑄社烙 池內(nèi)，隨著兩鑄社漉的轉(zhuǎn)動，復合漿料在具有異型截面孔型的鑄社區(qū)內(nèi)完成凝固和社制成 形，得到相應截面的碳化娃顆粒增強侶基材復合型材。
[0026] 優(yōu)選地，S1步驟中碳化娃顆粒的直徑為lOOnm~200μm，S3步驟中氣體流量為 2~化/min,S4步驟中電機轉(zhuǎn)速為80~1000巧m且攬拌時間為10~30分鐘。
[0027] 本發(fā)明的有益效果是：
[0028] 1)利用機械攬拌制備復合漿料，可實現(xiàn)不同體積分數(shù)、顆粒尺寸的漿料在線制備， 保證了增強顆粒與侶基材體混合均勻性，且具有高效、便捷和低成本優(yōu)勢；
[0029] 2)利用布流組件，將SiCp/Al復合漿料均勻誘注入雙漉鑄社機，將快速凝固與熱 社變形相結(jié)合，實現(xiàn)了顆粒增強侶基材復合型材的近終鑄社成形；
[0030] 3)利用鑄社漉孔型直接生產(chǎn)具有異形截面型材，突破了傳統(tǒng)雙漉鑄社技術(shù)只生產(chǎn) 金屬帶材的產(chǎn)品規(guī)格限制，開創(chuàng)了由液態(tài)金屬或金屬基顆粒增強復合材料漿料直接完成異 型截面型材鑄社成形的近終形、短流程成型工藝，豐富了產(chǎn)品截面形狀，是一種綠色高效的 生產(chǎn)工藝方法。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明的設備及工藝示意圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明側(cè)封裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖3為本發(fā)明實施例一的漉型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖4為本發(fā)明實施例一的SiCp/Al復合型材產(chǎn)品截面形狀示意圖
[0035] 圖5為本發(fā)明實施例二的漉型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖6為本發(fā)明實施例二的6061侶合金型材產(chǎn)品截面形狀示意圖
[0037] 圖7為本發(fā)明實施例立的漉型結(jié)構(gòu)示意圖；W及
[0038] 圖8為本發(fā)明實施例Ξ的304不誘鋼型材產(chǎn)品截面形狀示意圖。
[0039] 附圖中：1一碳化娃顆粒添加裝置，2-直流調(diào)速電機，3-攬拌器，4-熱電偶，5-加熱爐，6-鋼包，7-烙融態(tài)金屬液，8-布流組件，9-雙漉鑄社機機架，10-鑄社漉，11- 異形截面型材，12-kiss點，13-滑動水口，14-SiC增強顆粒，15-外罩，16-保護氣體導 管，17-高度調(diào)節(jié)機構(gòu)，18-側(cè)封裝置。
【具體實施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖來說明本發(fā)明實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方法進行清楚、完整的描述。 顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而非全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施 例，對本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例， 均屬于本發(fā)明保護范圍。
[0041] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種碳化娃侶基材復合型材鑄社成形設備，其包括復合 漿料制備裝置200、布流組件W及雙漉鑄社機100。
[0042] 復合漿料制備裝置200架設在雙漉鑄社機100的機架9上，其包括加熱爐5、鋼包 6、攬拌器3、碳化娃顆粒添加裝置1、保護氣體導管16、熱電偶4W及外罩15。熱電偶4通 過外罩15上的通孔151插入到加熱爐5中的復合漿料中。
[0043] 加熱爐5為在線溫控加熱爐，其可W隨時調(diào)節(jié)溫度，加熱爐5的內(nèi)腔為圓柱形，鋼 包6放置于加熱爐5的中部，并通過熱電偶4對鋼包6內(nèi)部的金屬液進行實時監(jiān)測與控制， 保護氣體導管16用于向加熱爐5中添加保護氣體，W把加熱爐5內(nèi)部的空氣排出，優(yōu)選地， 保護氣體為氣氣或氮氣。加熱爐的加熱溫度范圍為500°C~1700°C，可滿足侶合金、儀合 金、合金鋼等金屬及其金屬基顆粒增強復合材料的烙煉。
[0044] 布流組件位于加熱爐的底壁上，其包括基座201、設置在基座201中的導流管202、 位于導流管202的出口端上的滑動水口 13和布流器8,滑動水口 13設置有滑動水口開關 131，用于對滑動水口 13進行開或關處理?；瑒娱_關131為插銷式開關，當滑動開關131插 進時，滑動水口 13關閉，當滑動開關131拔出時，滑動水口 13打開，滑動開關131拔出的L方向的長度不同能夠調(diào)節(jié)滑動水口 13的流量大小。
[0045] 布流器8位于雙漉鑄社機的第一漉和第二漉所形成的漉縫的上方。鋼包6設置在 基座201上其內(nèi)容納由侶基材和碳化娃顆粒構(gòu)成的復合漿料.
[0046] 碳化娃顆粒添加裝置1包括顆粒加料口 101、管道102和出料口 103,出料口 103 位于鋼包6上方中間位置處。顆粒加料口 101為漏斗狀，碳化娃顆粒添加裝置1為耐高溫 陶瓷管。
[0047] 外罩15既起到整個復合漿料制備裝置的封閉作用，也為整個裝置提供支撐。
[0048] 攬拌器3包括設置在外罩上的直流調(diào)速電機2、由電機2驅(qū)動的葉片31 W及高度 調(diào)節(jié)機構(gòu)17,葉片31插入到混合液中。 W例直流調(diào)速電機2安裝在外罩15的頂部，用于驅(qū)動攬拌器3沿圖中R方向做高速旋 轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍為80~lOOOrpm。
[0050] 高度調(diào)節(jié)機構(gòu)17包括調(diào)節(jié)手輪、齒輪和齒條，調(diào)節(jié)手輪與齒輪連接，電機2的外殼 上沿軸向安裝有齒條，齒輪W及齒條傳動副將調(diào)節(jié)手輪旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為齒條的高度方向直 線運動，W驅(qū)動整個攬拌器3沿圖中Η方向做升降調(diào)節(jié)。
[0051] 優(yōu)選地，如圖2所示，雙漉鑄社機100包括機架9、兩個鑄社漉10 (第一漉和第二 漉）和側(cè)封裝置18,兩個鑄社漉10中屯、軸線水平平行布置，兩個鑄社漉10的漉縫與分別設 置在兩個鑄壓漉一側(cè)的側(cè)封裝置一起構(gòu)成鑄社烙池。第