專利名稱：用于制作半固態(tài)金屬漿的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制作半固態(tài)金屬漿的方法和設(shè)備，更具體地說，涉及一種用于通過簡單的加工過程制作具有均勻球形組織的半固態(tài)金屬漿的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
總體上說，半固態(tài)金屬成形技術(shù)是一種在液固相并存的溫度范圍內(nèi)形成金屬或金屬基復(fù)合材料的方法。作為一種新技術(shù)，已經(jīng)研究和開發(fā)了用于實際使用的半固態(tài)金屬成形技術(shù)，其可以減少缺陷，同時盡可能增大用于在熔融狀態(tài)中金屬成型的鑄造方法和用于在固體狀態(tài)中金屬成型的鍛造方法的優(yōu)點。為了有效地形成半固態(tài)金屬，重要的是制作內(nèi)部具有均勻分布的球形顆粒而沒有枝晶的初生組織的漿。
因此，已經(jīng)提出了利用半固態(tài)金屬成形方法制作半固態(tài)金屬漿的各種方法和設(shè)備。至于傳統(tǒng)技術(shù)中的典型方法，在本領(lǐng)域中是熟知的，其中在熔融金屬的凝固過程中通過利用機械或電磁攪拌的剪切應(yīng)力將枝晶破壞成球形組織。
然而，根據(jù)用于制作半固態(tài)金屬漿的傳統(tǒng)方法和設(shè)備，剪切應(yīng)力用于通過破壞枝晶來形成球形組織。也就是說，在傳統(tǒng)方法和設(shè)備中，由于在一部分熔融金屬具有低于金屬的液相線下的溫度之后，力如振動作用于枝晶，而且由于熔爐內(nèi)溫度的非均勻性，所以很難在初生凝固層和由其形成的金屬基組織中實現(xiàn)完全均勻和微細(xì)的組織。另外，如果不能控制進(jìn)入具有熔融金屬的熔爐的噴射溫度，則由于熔爐壁和熔爐中心之間的溫度差，將使組織的不均勻性變得非常嚴(yán)重。
為了解決上述問題，傳統(tǒng)技術(shù)之一包括如圖7中(a)所示，用于在傾斜而不施加攪拌力的狀態(tài)下，將熔融金屬注入熔爐的熔融金屬注入過程110；如圖7中(b)所示，為了減少熔融金屬的外部和內(nèi)部之間的溫度差，通過在冷卻熔爐中將冷卻風(fēng)吹到熔爐的外壁來冷卻熔爐，從而在接觸熔爐外壁的一部分熔融金屬中形成枝晶的冷卻過程120；如圖7中(c)所示，用于利用高頻波將熔爐加熱到適合的溫度，從而根據(jù)擴散原理的α相的生長過程，通過減少熔融金屬的外部和內(nèi)部之間的溫度差，形成均勻組織的高頻加熱過程130；以及如圖7中(d)所示，從熔爐中分離出制作的半固態(tài)金屬漿，從而將半固態(tài)金屬漿成型為所需形狀。
然而，根據(jù)該方法，由于半固態(tài)金屬漿通過幾個步驟制作，因此，其很繁瑣且耗費時間，從而顯著地降低了半固態(tài)金屬漿的生產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，考慮到以上問題提出本發(fā)明，且本發(fā)明的目的之一在于提供一種用于通過簡單的加工過程制作具有均勻球形組織的半固態(tài)金屬漿的方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于制作半固態(tài)金屬漿的設(shè)備，設(shè)計為具有從供應(yīng)熔融金屬到半固態(tài)金屬漿成形合為一體的簡單結(jié)構(gòu)，從而方便地制作具有均勻球形組織的半固態(tài)金屬漿。
本發(fā)明的又一目的在于盡可能地降低注入到熔爐中的熔融金屬的溫度差。
本發(fā)明的再一目的在于更高效率地進(jìn)行熔融金屬的快速冷卻。
本發(fā)明的還一目的在于均勻分布儲漿容器中的漿。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，以上和其他目的可以通過提供用于制作具有均勻球形組織的半固態(tài)金屬漿的方法實現(xiàn)，該方法包括如下步驟將熔融金屬注入到熔爐中；通過電磁攪拌器施加的電磁場攪拌熔爐中的熔融金屬，以消除熔融金屬中的溫度差，同時抑制枝晶生長；在冷卻部分進(jìn)行快速冷卻以消除從熔爐中排出的熔融金屬的比熱和潛熱，以防止熔融金屬在惰性氣氛中氧化，同時防止在其中形成枝晶；以及儲存通過傾斜定位的導(dǎo)向件落下的冷卻半固態(tài)金屬漿，以便半固態(tài)金屬漿均勻地分布在儲漿容器中。
該方法還包括，根據(jù)注入到熔爐中的熔融金屬的溫度和熔爐中的氣體溫度，利用溫度控制器控制熔融金屬內(nèi)部溫度的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了用于制作具有均勻球形組織的半固態(tài)金屬漿的設(shè)備，該設(shè)備包括由高熔點材料形成的熔爐，該熔爐具有形成于其上部的殼體，使得熔融金屬注入到該殼體中以及從殼體中排出；用于通過將電施加到熔爐的外側(cè)產(chǎn)生電磁場的電磁攪拌器；用于快速冷卻在熔爐的排出路徑下方排出的熔融金屬的冷卻器；傾斜定位的導(dǎo)向件，以便冷卻的漿沿導(dǎo)向件導(dǎo)入到配置于冷卻器下方的支撐架；以及配置在導(dǎo)向件下方，用于均勻儲存沿導(dǎo)向件下落的漿的儲存部分。
設(shè)備還包括設(shè)置在熔爐中，用于根據(jù)注入到熔爐中的熔融金屬的溫度和熔爐中的氣體溫度，控制熔融金屬內(nèi)部溫度的溫度控制器。
溫度控制器包括溫度傳感器，以及用于根據(jù)來自溫度傳感器的信號產(chǎn)生熱的加熱件。
冷卻器包括限定在冷卻器的內(nèi)壁和外壁之間以便穿過冷卻器的中心形成路徑的空間，以及從外壁的一側(cè)連接到空間的供給管，所述內(nèi)壁上具有多個與空間連通的噴射孔。
電磁攪拌器可以配置到熔爐和冷卻器的外部。
儲存部分包括儲漿容器和循環(huán)件，其中儲漿容器用于容納落入其中的漿，循環(huán)件用于循環(huán)漿，以便漿均勻儲存在儲漿容器內(nèi)。
循環(huán)件可以通過輸入程序以預(yù)定的軌跡循環(huán)儲漿容器。
儲漿容器可以由低導(dǎo)熱率的陶瓷材料形成。


下面將參照相應(yīng)的附圖對本發(fā)明進(jìn)行具體說明，這將使本發(fā)明的以上和其他目的，特征和其他優(yōu)點變得更加清晰和容易理解，其中；圖1是顯示用于說明根據(jù)本發(fā)明制作半固態(tài)金屬漿的方法的方框圖；圖2是顯示用于說明根據(jù)本發(fā)明制作半固態(tài)金屬漿的設(shè)備的主要元件的縱向截面視圖；圖3到6是顯示通過根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備制作的幾種半固態(tài)金屬漿結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微圖；圖7是顯示說明用于制作半固態(tài)金屬漿的傳統(tǒng)方法的流程圖。
具體實施例方式
下面將參照相應(yīng)的附圖具體說明優(yōu)選實施方式。
圖1是顯示用于說明根據(jù)本發(fā)明制作半固態(tài)金屬漿的方法的方框圖。
本發(fā)明的方法可以制作具有均勻和無方向的球形組織的半固態(tài)金屬漿，該半固態(tài)金屬漿對于形成復(fù)雜形狀的可加工性、尺寸精度、成形性、熱處理、與氣孔缺陷相關(guān)的耐壓性具有良好的試驗結(jié)果，同時具有良好的生產(chǎn)率，且具有良好的耐磨性、延伸性、硬度和抗拉強度。
本發(fā)明的方法包括步驟S1通過熟知澆包的澆口將熔融金屬注入到熔爐中；步驟S2通過電磁攪拌器施加的電磁場攪拌熔爐中的熔融金屬，從而消除熔融金屬中的溫度差，以便使熔融金屬中的溫度均勻分布，同時抑制枝晶生長；步驟S3在冷卻部分中進(jìn)行快速冷卻以消除從熔爐中排出的熔融金屬的比熱和潛熱，以防止熔融金屬在惰性氣氛中氧化，同時防止在其中形成枝晶；以及步驟S4儲存經(jīng)過傾斜定位的導(dǎo)向件下落的冷卻的半固態(tài)金屬漿，以便半固態(tài)金屬漿均勻分布在儲漿容器中。
本發(fā)明的方法還包括步驟S1a根據(jù)注入到熔爐中的熔融金屬的溫度和熔爐中的氣體溫度，利用溫度控制器控制熔融金屬的內(nèi)部溫度。因此，由于可以通過步驟S1a控制熔融金屬具有預(yù)定的溫度，當(dāng)再次向熔爐中注入熔融金屬時，可以盡量減少初始熱容量的損失。
圖2是顯示用于根據(jù)本發(fā)明制作半固態(tài)金屬漿的設(shè)備的主要元件的縱向截面視圖。
本發(fā)明的設(shè)備可以制作具有均勻和無方向的球形組織的半固態(tài)金屬漿，該半固態(tài)金屬漿對于形成復(fù)雜形狀的可加工性、尺寸精度、成形性、熱處理、與氣孔缺陷相關(guān)的耐壓性具有良好的試驗結(jié)果，同時具有良好的生產(chǎn)率，且具有良好的耐磨性、延伸性、硬度和抗拉強度。
本發(fā)明的設(shè)備包括由高熔點材料形成的熔爐10，該熔爐10具有形成于其上部的殼體1，熔融金屬可以注入到該殼體1中以及從該殼體1中排出；典型的電磁攪拌器20，通過將電施加到熔爐的外側(cè)來產(chǎn)生電磁場，以便使注入到熔爐中的熔融金屬的溫度均勻分布，同時抑制枝晶生長；冷卻器30，用于快速冷卻熔融金屬，以便消除在熔爐10的排出路徑12下方排出的熔融金屬的比熱和潛熱，同時防止由于惰性氣氛造成熔融金屬氧化；傾斜定位的漏斗狀導(dǎo)向件40，以便冷卻的漿沿該導(dǎo)向件導(dǎo)入到配置于冷卻器30下方的支撐架；以及配置在導(dǎo)向件40下方的儲存部分50，用于均勻儲存沿導(dǎo)向件下落的漿。
在優(yōu)選方式中，設(shè)備還包括設(shè)置在熔爐10中的溫度控制器60，用于根據(jù)注入到熔爐的熔融金屬的溫度和熔爐中的氣體溫度控制熔融金屬的內(nèi)部溫度。為此，溫度控制器60包括典型的溫度傳感器(未示出)，以及用于根據(jù)來自溫度傳感器的信號產(chǎn)生熱的加熱件(未示出)。
因此，溫度控制器60使得能盡可能地減小熔爐(熔融金屬被注入其中)內(nèi)部的溫度變化以及注入到熔爐中的熔融金屬的溫度變化，從而保持制作半固態(tài)金屬漿的最佳條件。
具體地說，溫度控制器60還起到當(dāng)再次向熔爐中注入熔融金屬時，盡量減少熱容量初始損失的作用。
冷卻器30包括限定在冷卻器30的內(nèi)壁34和外壁36之間的空間35，以便通過冷卻器30的中心形成路徑32，允許從熔爐的排出口排出的熔融金屬穿過該路徑32，該冷卻器30還包括形成于外壁36的一側(cè)并與該空間連通的供給管36a。在優(yōu)選方式中，內(nèi)壁34上形成有多個與空間35連通的噴射孔34a，以便向穿過路徑32的熔融金屬供應(yīng)制冷劑，從而允許熔融金屬被快速冷卻。
電磁攪拌器20優(yōu)選配置為環(huán)繞熔爐10和冷卻器30的外部，然后通過電磁場產(chǎn)生攪拌力，從而不僅防止枝晶在熔爐內(nèi)的熔融金屬中形成，而且還防止在穿過冷卻器的熔融金屬中形成。
儲存部分50包括儲漿容器52和循環(huán)件54，其中儲漿容器52用于容納落入其中的漿，循環(huán)件54則利用熟知的轉(zhuǎn)盤或者自動機器使?jié){循環(huán)，以便在儲漿容器內(nèi)均勻地儲存漿。循環(huán)件54優(yōu)選通過輸入程序以預(yù)定的軌跡使儲漿容器循環(huán)。
因此，可以提供漿在儲漿容器內(nèi)的均勻分布。
儲漿容器52優(yōu)選由熱導(dǎo)率較低的陶瓷材料形成，從而盡量減少儲存在儲漿容器內(nèi)的漿的溫度變化。
圖3到圖6是熟知的光學(xué)顯微圖，用于顯示通過本發(fā)明的方法和設(shè)備制作的幾種半固態(tài)金屬漿的組織，其中圖3是顯示漿的下部分組織的照片，圖4是顯示其上部分組織的照片，圖5是顯示其內(nèi)部組織的照片，以及圖6是顯示其外部組織的照片。如圖3到圖6所示，應(yīng)該清晰，半固態(tài)金屬漿在漿的內(nèi)和外部分以及從漿的下部分到上部分都具有均勻的球形組織。
因此，本發(fā)明不僅可以通過保持注入到熔爐中的熔融金屬的恒定溫度，同時通過電磁場在液相線溫度下攪拌熔融金屬，而保證了用于提供半固態(tài)金屬漿的完全均勻和微細(xì)組織的條件，而且還保證了用于保持恒定溫度，且在儲存在儲漿容器內(nèi)的漿的內(nèi)和外部分之間沒有溫度差的條件，從而可以在單個組合的設(shè)備內(nèi)方便地制作半固態(tài)金屬漿，同時通過簡單的制作過程提供半固態(tài)金屬漿的完全均勻的球形組織。
從以上說明可以清晰，根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備可以在單個組合設(shè)備內(nèi)方便地制作半固態(tài)金屬漿，同時通過簡單的制作過程為半固態(tài)金屬漿提供完全均勻的球形組織，從而盡可能地增加了具有均勻球形組織的半固態(tài)金屬漿的生產(chǎn)率，同時顯著減少了其制作成本。
此外，可以盡可能地減少注入到熔爐中的熔融金屬的溫度差，從而提供了制作半固態(tài)金屬漿的最佳狀態(tài)。
此外，可以通過利用套管型冷卻器有效地進(jìn)行熔融金屬的快速冷卻，從而防止熔融金屬由于惰性氣氛而氧化，同時抑制枝晶形成。
此外，可以通過儲存部分的循環(huán)件保證儲存在儲漿容器內(nèi)的漿的均勻分布。
雖然為了說明的目的已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離如附屬權(quán)利要求所公開的本發(fā)明的范圍和精神的前提下，可以作出各種改進(jìn)、添加和替換。
權(quán)利要求
1.一種用于制作具有均勻球形組織的半固態(tài)金屬漿的方法，該方法包括將熔融金屬注入到熔爐中；通過電磁攪拌器施加的電磁場攪拌熔爐中的熔融金屬，以消除熔融金屬中的溫度差，同時抑制枝晶生長；在冷卻部分進(jìn)行快速冷卻以消除從熔爐中排出的熔融金屬的比熱和潛熱，以防止熔融金屬在惰性氣氛中氧化，同時防止在其中形成枝晶；以及儲存通過傾斜定位的導(dǎo)向件落下的冷卻的半固態(tài)金屬漿，以便半固態(tài)金屬漿均勻地分布在儲漿容器中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括根據(jù)注入到熔爐中的熔融金屬的溫度和熔爐中的氣體溫度，利用溫度控制器控制熔融金屬的內(nèi)部溫度。
3.一種用于制作具有均勻球形組織的半固態(tài)金屬漿的設(shè)備，該設(shè)備包括由高熔點材料形成的熔爐，該熔爐具有形成于其上部的殼體，以便熔融金屬注入到殼體中以及從殼體中排出；用于通過將電施加到熔爐的外側(cè)產(chǎn)生電磁場的電磁攪拌器；用于快速冷卻從熔爐中排出的熔融金屬的冷卻器；傾斜定位的導(dǎo)向件，以便冷卻的漿沿該導(dǎo)向件導(dǎo)入到配置于冷卻器下方的支撐架；以及配置在導(dǎo)向件下方，用于均勻儲存沿導(dǎo)向件下落的漿的儲存部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，還包括設(shè)置在熔爐中的溫度控制器，用于根據(jù)注入到熔爐中的熔融金屬的溫度和熔爐中的氣體溫度，控制熔融金屬的內(nèi)部溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中溫度控制器包括溫度傳感器，以及用于根據(jù)來自溫度傳感器的信號產(chǎn)生熱的加熱件。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中冷卻器包括限定在冷卻器的內(nèi)壁和外壁之間以便穿過冷卻器的中心形成路徑的空間，以及形成于外壁的一側(cè)并與所述空間連通的供給管，其中所述內(nèi)壁上形成有多個與所述空間連通的噴射孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中電磁攪拌器配置為環(huán)繞熔爐和冷卻器的外部。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中儲存部分包括儲漿容器和循環(huán)件，其中儲漿容器用于容納落入其中的漿，循環(huán)件用于循環(huán)漿，以便漿均勻儲存在儲漿容器內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中循環(huán)件通過輸入程序以預(yù)定軌跡循環(huán)儲漿容器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中儲漿容器由低導(dǎo)熱率的陶瓷材料形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制作半固態(tài)金屬漿的方法和設(shè)備，更具體地說，涉及一種用于通過簡單的加工過程制作具有均勻球形組織的半固態(tài)金屬漿的方法和設(shè)備。方法包括如下步驟將熔融金屬注入到熔爐中；通過電磁攪拌器施加的電磁場攪拌熔爐中的熔融金屬，以消除熔融金屬中的溫度差，同時抑制枝晶生長；在冷卻部分進(jìn)行快速冷卻以消除從熔爐中排出的熔融金屬的比熱和潛熱，以防止熔融金屬在惰性氣氛中氧化，同時防止在其中形成枝晶；以及儲存通過傾斜定位的導(dǎo)向件落下的冷卻的半固態(tài)金屬漿，以便半固態(tài)金屬漿均勻地分布在儲漿容器中。
文檔編號C22C1/00GK1886216SQ200480034650
公開日2006年12月27日 申請日期2004年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者李漢重 申請人:李漢重