[发明专利]双重强制均匀化制备金属浆料的装置及其加工成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双重强制均匀化制备金属浆料的装置及其加工成形方法，通过该装置和方法可获得制造均质细晶铸件的金属合金浆料，属于有色金属铸造和加工技术领域。

背景技术

传统的金属铸造和加工技术通常都针对过热熔体或固态金属，比如压铸、连铸和液态模锻等，要求金属液过热80℃以上，太低的浇注温度，就面临流动性差和浇不足，裂纹、偏析等缺陷；挤压成形则只针对固态的少数变形合金，多数合金由于其粗大的树枝晶骨架组织极易断裂而无法实现。近年来，金属的半固态加工技术成为了研究热点，它是对含有部分球形固相的半固、半液态金属实现加工成形，从而获得优质的非枝晶组织铸件。

为了得到这种含有部分球形固相的半固态金属浆料，人们发明了多种制备方法，比如：电磁搅拌、各种机械搅拌、超声振动等等。但是，这些方法与装置都没能同时满足以下几方面的要求：

1、对金属浆料的剪切强度足够大，能产生紊流效果；

2、除了制备半固态浆料外，还注重对低温熔体的强制均匀化处理与成形。这种均质熔体加工成形消除了缺陷，改善了充填性和晶粒度；

3、由于发明装置都有一定的体积而无法接近加工设备，这就要求金属浆料在有一定传输距离的过程中，搅拌的均匀化效果不削弱，甚至能得到增强；

4、所制备金属浆料供给的流量和压力等能够合理控制。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种简便易行且应用广、功能全，集以上期待要求于一身的新型技术。

本发明主要通过以下技术方案来实现：

一种双重强制均匀化制备金属浆料的装置，包括控制杆、预制腔、主线圈、出料管、副线圈、热电偶、浆料出口、集渣槽、进液管、加热及保温层、热电偶、合金入口、液面高度传感器和气压管等，其中，控制杆为径向对称体位于预制腔正中心，周围分布进液管、液面高度传感器和气压管等；出料管位于预制腔下部，横向布置；主线圈和副线圈分别布置在预制腔和出料管的保温层外部，金属熔体(包括合金熔体)在预制腔中经受主线圈产生的电磁搅拌和/或控制杆自转的机械搅拌作用，进行强制均匀化预处理；还在出料管中二次经受副线圈的强化搅拌作用。

预制腔中的金属熔体可分别或同时经受主线圈产生的电磁搅拌或控制杆自转的搅拌作用，尤其是当电磁力方向和控制杆自转方向相反、控制杆外缘和预制腔间的缝隙很窄时，装置对金属熔体能产生超强的剪切、极高的紊流作用；进一步地，金属熔体在出料管中继续经受副线圈的二次搅拌，这种双重强制均匀化对熔体的均质效果更持久、显著。出料管是横向布置，使浆料出口可向任意方向供料而不受预制腔体积的限制，同时流量更易控制。

本发明的装置中，控制杆的下端为圆锥形阀头，控制杆的中段为柱状的径向对称体，在其外缘设有突起或桨叶构造以利于搅拌作用；控制杆可以自转或上下运动，通过圆锥形阀头来调节熔体向出料管的供给流量；控制杆中段的直径可以变化，以调整外缘与预制腔的缝隙距离。

液面高度传感器实时提供熔体液面高度和压力信号，通过气压管送入保护气体，在预制腔上部形成正压或负压，进一步控制浆料出口的流量。

集渣槽位于预制腔的底部、进液管的下方，进液管的下端口可没入集渣槽的熔体中；进液管上端的合金入口打开时用于补充金属熔体(金属液)，关闭时用于保压。

出料管横向布置，根据不同场合的需要可以向上或向下倾转一定角度，或整体顺时针或逆时针水平旋转一定角度，使浆料出口可向任意方向供料或移动而不受预制腔体积的限制，同时流量更易控制。

加热及保温层包覆在整个预制腔和出料管外部，热电偶设置在加热及保温层内，温度由热电偶实时控制。

装置整体的温度可控。当进行低温均质熔体的制备与加工时，预制腔及出料管中金属熔体温度须控制在液相线温度T₀～T₀+50℃(T_s为固相线温度，T₀液相线温度)范围内；当进行半固态浆料的制备与加工时，预制腔及出料管中金属熔体温度须控制在固相线温度T_s～T₀的范围内。

浆料出口可连接到任何加工设备，由浆料出口提供的金属浆料须控制在T_s～T₀+50℃的温度范围内加工成形。加工设备包括压铸机、铸轧机、连铸机、模锻机和挤压机等。

本发明还提供了一种可获得均质细晶铸件的金属浆料制备成形的方法。

一种双重强制均匀化制备金属浆料的加工成形方法，包括如下步骤：