[发明专利]低转速输送管制备近球晶铝合金半固态浆料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备近球晶铝合金半固态浆料的方法，特别涉及一种低转速输送管制备近球晶铝合金半固态浆料的方法。

背景技术

半固态成形技术被公认为21世纪最有前途的轻合金近净成形技术，包括触变成形和流变成形两条成形路线。虽然触变成形在工业生产中已经取得了成功应用，但经过多年的生产实践和深入研究发现触变成形存在三大工艺缺陷：(1)生产成本高，电磁搅拌功率大，效率低，能耗高，制备半固态坯料时额外高出约40％的费用；重熔加热能耗高，坯料表面氧化严重，流失金属约占坯料重量的5-12％；锯屑、重熔加热期间的流汤、浇注系统和废品废料不能马上回收，必须返回坯料制备车间或坯料供应商的生产厂，增加生产成本。(2)坯料的液相成分不能过高，成形复杂零件时遇到困难，否则坯料的搬运难以实现。(3)生产过程中控制任务重，除了对半固态浆料和坯料质量严格控制外，还需要对重熔加热过程进行严格控制。为了解决上述问题，进一步降低生产成本，近年来，半固态成形技术领先国家将半固态浆料直接成形技术作为降低成本的主攻方向，因该工艺具有流程短、材料损失少、节能低耗，易被中小型生产厂接受，被认为更具有工业应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种低转速输送管制备近球晶铝合金半固态浆料的方法，它是一种高效、优质和低成本的半固态浆料制备方法。

本发明是这样来实现的，其制备方法步骤如下：

(1)熔炼、精炼合金熔体：将合金在熔炼保温炉内进行高温熔化，并精炼合金熔体，然后将合金熔体冷却到浇注温度，要求熔化保温炉的热惯性为10℃，具有良好保温效果，送料装置提供的合金熔体具有50±5℃过热度，通过升塞棒使低过热合金熔体通过导流管进入转动输送管机构；

(2)低温浇注阶段：低热熔体流经转动输送管机构，在转动输送管急冷和搅拌作用下，合金熔体内发生激发生核并游离；激发低过热合金在凝固初期形核，转动输送管机构包括动力传动部分和输送管；

(3)控制晶粒生长阶段：控制结晶炉温度，通过缓慢冷却和保温两个环节，促使初生相呈近球形生长，并且调整浆料固相率使其达到流变成形的要求。

整个制备过程是在一个完全封闭的环境中完成，可有效的防止合金熔体的氧化。

本发明的有益效果是：1、浆料制备工艺流程短、能耗低、效率高、设备简单、结构紧凑、适用性强，特别适合于我国中小型压铸企业；2、适用的铝合金包括变形铝合金和铸造铝合金；3、制备的浆料可以使用的成型工艺包括，流变压铸、流变挤压、流变轧制、流变联接。

附图说明

图1为本发明实施例的合金相图。

图2为转动输送管转速为0r/min获得的浆料微观图。

图3为转动输送管转速为180r/min获得的浆料微观图。

具体实施方式

下面以A356合金为例说明本发明浆料制备工艺的具体实施方案。如图1所示，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℃。整个制浆过程中，熔化保温炉和结晶炉内均通有Ar气，保护铝合金熔体，具体工艺过程如下：

(1)将实例合金在熔炼保温炉内进行720℃高温熔化，并精炼1h；之后将合金熔体冷却到浇注温度655℃，保温15min，使合金熔体的温度和化学成分均匀化。

(2)低温浇注。当合金熔体达到工艺要求后，通过导向管浇入转动输送管。输送管的控制参数为：材料为不锈钢管材，预热温度为606℃，转速为0r/min和180r/min。启动温度控制系统，使得输送管内壁的温度保持在606±1℃。冷却单元的冷却介质为室温空气。

(3)载有大量晶核的合金熔体流入结晶炉。

(4)通过浆料在线检测系统控制结晶炉内熔体以3℃/min的速度冷却到成形温度600±1℃(对应的固相率约为30％)，并且保温6min。另外在熔炼合金时，将结晶炉预热到608±1℃，结晶炉的冷却单元的冷却介质为室温空气。

在上述工艺下，达到的指标为：

(1)设备工作正常，整个工艺流程用时约8min；

(2)合金熔体流经输送管末端的温度为608℃；

(3)结晶炉的中部、顶部和底部的冷却路径基本一致，温度偏差很小；

(4)各工艺环节的温控精度为±1℃

图2为转速为0r/min获得的浆料的微观结构，初生相形态为蔷薇状，且初生相数目明显增多，说明输送管在转速为零时也有一定的急冷形核作用。图3为转速为180r/min获得的微观结构，初生相为近球形、细小并且分布均匀，为理想的半固态组织：平均晶粒直径：30-50um；形状因子：0.85-0.93体积粘合度：≤0.22；晶粒分布较均匀；坯料宏观断面良好。比较图2-图3，图3中的初生相数目远多于图2中的初生相数目，说明低转速输送管在低温浇注下具有很好的激发合金熔体在凝固初期的形核。