[实用新型]制备半固态合金熔体的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于金属成型领域的半固态合金成形的技术，特别是涉及一种半固态合金熔体的倾斜冷却剪切变频振动装置。

背景技术

半固态成形技术，就是在合金凝固过程中，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固-液混合熔体，利用这种固液混合熔体直接进行成形加工(即流变成形)，或先将这种固液混合熔体制成坯料，再重新加热至固液两相区进行成形加工(即触变成形)，这两种方法均称之为半固态成形技术。为了得到固-液混合熔体，一般是对金属液施以剧烈的搅拌或扰动、或改变金属的热状态、或加入晶粒细化剂、或进行快速凝固，从而改变初生固相的形核和长大过程。

该技术可方便地制造出近净形的零件，材料利用率高，零件致密性好；合金熔体或坯料宏观偏析少，成形产品的性能更均匀；模具寿命高，能耗低且环境友好，可适用于多种加工工艺，如铸造、轧制、挤压和锻造等，并可进行材料的复合及成形。

目前，半固态成形技术中已有部分在国外投入商业化生产，如电磁搅拌技术、螺旋机械搅拌技术、喷射沉积技术等。半固态合金制备是半固态成形技术中的一项关键技术之一，合金的半固态非枝晶组织与形成机制的研究一直是国内外学者研究的重点之一，目前尚未形成统一和确定的理论，主要有Flemings等认为的正常熟化引起的枝晶根部熔断假说、Garabedian等人的枝晶臂机械折断假说、Vogel等提出的枝晶臂塑性弯曲和晶界浸润熔断假说、电磁搅拌下的枝晶臂根部熔断机制、Blais等人的电磁搅拌下的枝晶循环熔断机制和Fan等人的高剪速率下的球状晶形成机制。在成形工艺方面，主要采用触变成形，触变成形需先制坯料，再加热至半固态合金温度进行成形，触变成形的主要问题在于：加热温度不易控制，加热过程中坯料氧化，能源消耗高，技术要求高，加热设备复杂，因此，严重阻碍了该技术在全球的大规模推广应用。如何降低操作难度、缩短工艺流程、易于实现工业化的低能耗、低成本的新技术是目前半固态成形技术重点研究内容之一。

倾斜冷却剪切流变技术是根据冷却体装置不同，分成斜管法和倾斜冷却板法两种。倾斜冷却板一般是由合金钢制成，表面喷涂一层涂料，以防止半固态合金粘附在倾斜板表面。其原理是将略高于液相线温度的熔融金属倒在倾斜板上，由于倾斜板的激冷作用，在凝固过程初期，倾斜板壁上有细小的晶粒形核并长大，由于合金流体的冲击和物料的自重作用使晶粒从倾斜板壁上脱落并翻转，以达到搅拌效果。流经倾斜板的合金熔体落入容器中，通过控制容器温度进行缓慢冷却，冷却到一定的半固态温度后保温，以增加晶核的数目和晶粒的游离，从而细化晶粒，获得理想的微观组织。随后可进行流变成形和触变成形。

中国专利CN200710011510.9公开了一种制备半固态合金的波浪型倾斜板振动装置及制备方法，包括支架、波浪型金属板、凸轮振动机构、水冷铜模、电动机和调频装置，支架上固定有中间包，与支架平行固定有支板，支板侧为水冷铜模，在支板和支架间安装有固定板，固定板通过弹簧连接波浪型金属板的托架，在波浪型金属板的托架上固定有凸轮振动机构，电动机分别与凸轮振动机构和调压器连接。此技术用于高熔点钢铁材料的半固态成形，是对倾斜板直接采用机械振动装置使其振动。众所周知机械振动的振幅和频率都比较低，这样对晶核的形成并不能起到多大的作用。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种制备半固态合金熔体的倾斜冷却剪切变频振动装置，其装置结构简单，成形工艺流程短，能耗低，易于实现工业化生产；尤其是能够改善半固态合金的凝固组织。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种制备半固态合金熔体的装置，包括振动装置和倾斜设置的冷却槽，振动装置包括底座，底座上面通过支柱和设置在支柱外围的橡胶弹簧支撑连接有振动台面，支柱有两段，分别固定在台面下面和底座上面，两段支柱分别插入到橡胶弹簧中。在台面上设置有振动电机，振动电机与调频装置连接并受调频装置控制；带有水冷套的冷却槽通过支撑架倾斜设置在台面上，冷却槽的出液端下面对应位置设置有水冷铜模或者流变成形设备或者保温设备。

本实用新型的进一步具体结构在于：所述振动电机为交流振动电机，共有6个，它们安装在振动台面的下面，每两个电机完成一维方向的振动，6个电机共实现三维方向振动频率、振幅、振动加速度的调节。通过控制振动电机的启停，可以实现振动台一维、二维或三维振动。

本实用新型的技术方案的进一步限定为：所述振动电机的振动加速度范围为1g～2g(g为重力加速度)，振幅范围为0.5～1mm，振动频率范围可在10～60Hz内无级可调。