專利名稱：用于制備金屬半固態(tài)漿料的裝置及漿料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬流變成型，或觸變成型加工領域。
背景技術：
由于半固態(tài)成形加工技術比傳統(tǒng)的液態(tài)鑄造技術提高了產(chǎn)品性能、節(jié)約能源、生 產(chǎn)效率高、對模具的熱沖擊小等優(yōu)點，越來越引起人們的重視。但是，目前該技術的在工業(yè) 實踐中推廣使用還存在著比傳統(tǒng)液態(tài)成型技術成本高的原因而受到限制。為了降低半固態(tài) 成型技術的的應用成本，中國專利“一種制備半固態(tài)合金的波浪型傾斜板振動裝置及制備 方法”(200710011510. 9)利用金屬液流動過程經(jīng)過鑄造中常用的冷卻板提高了攪拌作用效 果，制備的半固態(tài)合金組織優(yōu)良。中國專利“一種鑄造用半固態(tài)漿料的制備方法和制備裝 置”(200610041892. 5)提出旨在采用激冷的方法或者激冷與機械振動的方法，使金屬液在 流經(jīng)導流經(jīng)導流器時的在其內(nèi)壁激冷結(jié)晶生長，同時在金屬液本身的流動沖刷作用下，使 激冷細晶產(chǎn)生縮頸，斷裂或破碎，進而被液流沖刷斷裂融入液流，獲得半固態(tài)漿料。另外，為 降低生產(chǎn)成本，美國專利6880613提出將兩種合金分別熔化，再將兩種金屬匯集混合，調(diào)整 混合溫度和時間獲得半固態(tài)漿料。所有這些專利，目的是簡化生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本，但仍然 使生產(chǎn)變得不是復雜 就是漿料質(zhì)量較差的問題，目前，還難以在生產(chǎn)中推廣應用，還停留在實驗室研發(fā)階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于制備金屬半固態(tài)漿料的裝置及漿料的制備方法。本發(fā)明是用于制備金屬半固態(tài)漿料的裝置及漿料的制備方法，其中用于制備金屬 半固態(tài)漿料的裝置，其支架7安置在工作平面上，在支架7上部的傾斜斜面上安裝一合金流 槽3，有一輸送熔化好的金屬的澆包5，在合金流槽3的上端安裝一漏斗形的澆口杯4，澆口 杯4的上端口對著澆包5，下端與合金流槽3相通，在合金流槽3下端安裝一內(nèi)腔與合金流 槽3相通的鑄型1，在合金流槽3上開有冷卻水出口為2、入口為6的冷卻孔。制備金屬半固態(tài)漿料的方法，其步驟為(1)加工與所處理合金相同成分的小金屬塊-自孕育劑，并向熔化好的合金熔體 中引入自孕育劑；(2)控制熔體加入自孕育劑溫度和澆注溫度，為該合金液相線溫度以上50 150 0C ；(3)自孕育劑熔化后進行常規(guī)的熔體處理。本發(fā)明的有益之處為漿料制備工藝流程短、能耗低、效率高、設備簡單、結(jié)構(gòu)緊 湊、適用性強；適用于各種具有凝固溫度區(qū)間的合金，包括鎂合金、鋁合金、鋅合金、銅合金 及鋼鐵材料；對合金熔體沒有污染，并且可以連續(xù)制漿和與現(xiàn)成型設備相聯(lián)，具有生產(chǎn)效率 高，成本低廉的特點。


圖1為本發(fā)明的半固態(tài)漿料制備裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其附圖標記及對應名稱為鑄型 1，冷卻水出口 2，合金流槽3，澆口杯4，冷卻水入口 5，澆包6，支架7。 圖2為圖1中合金流槽3的俯視圖，圖3為圖2中的A-A向剖視圖，圖4為圖2中 B-B向剖視圖。
具體實施例方式本發(fā)明是用于制備金屬半固態(tài)漿料的裝置及漿料的制備方法，如圖1所示，其中 用于制備金屬半固態(tài)漿料的裝置中，其支架7安置在工作平面上，在支架7上部的傾斜斜面 上安裝一合金流槽3，有一輸送熔化好的金屬的澆包5，在合金流槽3的上端安裝一漏斗形 的澆口杯4，澆口杯4的上端口對著澆包5，下端與合金流槽3相通，在合金流槽3下端安裝 一內(nèi)腔與合金流槽3相通的鑄型1，在合金流槽3上開有冷卻水出口為2、入口為6的冷卻 孔。如圖2、圖3所示，制備金屬半固態(tài)漿料的裝置中合金流槽3的上段為兩個相鄰的 橫截面形狀為半圓形的凹槽，在合金流槽3的下段兩個相鄰的橫截面形狀為半圓形的凹槽 匯合為一個橫截面形狀為半圓形的凹槽。合金熔體經(jīng)過合金流槽3的上段兩個凹槽，在下 段混合在一起，其目的是加強自孕育效果、促進晶粒增殖、抑制晶核生長，最終制備成具有 球狀的初生固相的固-液混合漿料。本發(fā)明的合金流槽3的上段為兩個相鄰的橫截面形狀為半圓形的凹槽，也可以開 設兩道以上的凹槽。本發(fā)明的金屬半固態(tài)漿料的制備方法的核心是在金屬合金液凝固過程中加入同 成分的固體顆粒-自孕育劑，其具體步驟為(1)加工與所處理合金相同成分的小金屬塊-自孕育劑，并向熔化好的合金熔體 中引入自孕育劑；(2)控制熔體加入自孕育劑溫度和澆注溫度，為該合金液相線溫度以上50 150 0C ；(3)自孕育劑熔化后進行常規(guī)的熔體處理。本發(fā)明的快速制備金屬半固態(tài)漿料的方法，可將自孕育劑置于澆口杯4的底部， 或者將自孕育劑加入澆包5中，并輔以攪拌。本發(fā)明的方法加工與所處理的合金為具有凝固溫度區(qū)間的合金，是鎂合金，或者 鋁合金，或者鋅合金，或者銅合金，或者鋼鐵材料。下面是本發(fā)明對應具體材料的金屬的實施例實施例一本實施例所應用的合金牌號為AZ91D，其合金成分為(質(zhì)量百分比，下同)A1 8. 3 9. 7%，Zn 0. 35 1. 0%，Mn 0. 15%, Si 彡 0. 10%, Cu 彡 0. 030%, Fe 0. 005%, Ni ( 0. 02%，其余為 Mg。本實施例采用在澆口杯4中放置自孕育劑的方式，適用于連續(xù)批量化高質(zhì)量半固 態(tài)漿料的生產(chǎn)。在實施中，將成分相同的部分金屬合金采用機械加工的方法，切割成相同尺寸的小塊金屬待用(稱為自孕育劑)，約IOmmX IOmmX IOmm ；然后將另一部分同一成分的金屬合 金進行熔化，熔化后進行常規(guī)的熔體處理，如除氣、精煉。同時將已加工好自孕育劑放置到 澆口杯4的底部。接著調(diào)整熔體溫度至680°C左右進行澆注，并打開冷卻水出口 2和入口 6 ；利用澆包5澆入澆口杯4 (澆注過程中補加自孕育劑)，從澆口杯下面經(jīng)分流首先進入兩 個流道的凹槽3，在凹槽的下段兩個凹槽合為一個凹槽，然后流入鑄型1中，獲得所需的鑄 件形狀。實施例二本實施例所應用的合金牌號為AZ91D，其合金成分為A1 8. 3 9. 7%, ZnO.35 1. 0%, Mn 0. 15%, Si 彡 0. 10%, Cu 彡 0. 030%, Fe 0. 005%, Ni 彡 0. 02%，其余為 Mg。本實施例采用自孕育劑加入澆包的方式，適用于小批量、間歇式高質(zhì)量半固態(tài)漿 料的生產(chǎn)。本實施例的實施過程與實施例一相近似，不同之處為自孕育劑劑尺寸約 5mmX5mmX5mm ；自孕育劑不是放在澆口杯的底部，而是加入調(diào)整好溫度680 710°C的熔 體中，即在澆包中加入，加入量為熔體質(zhì)量的5%，并進行攪拌5秒鐘；然后澆入沒有盛放自 孕育劑的澆口杯中。實施例三本實施例所應用的合金牌號為AM60，其化學成分為A1 5. 5% 6.5%， ZnO. 22%,Mn 0. 24% 0. 6%，Si 0. 1 %, Cu 0. 01%, Ni 0. 002%, Fe 0. 005%，其余為 Mg。本實施例采用在澆口杯中放置自孕育劑的方式，適用于連續(xù)批量化高質(zhì)量半固態(tài) 漿料的生產(chǎn)。本實施例的實施過程與實施例一相同，合金溫度為700°C左右進行澆注，獲得所需 的鑄件形狀。實施例四本實施例所應用的合金牌號為AM60，其化學成分為A1 5. 5% 6.5%， ZnO. 22%,Mn 0. 24% 0. 6%，Si 0.1%，Cu 0. 01%, Ni 0. 002%, Fe 0. 005%，其余為 Mg。本實施例采用自孕育劑加入澆包的方式，適用于小批量、間歇式高質(zhì)量半固態(tài)漿 料的生產(chǎn)。實施過程與實施例二相同，調(diào)整溫度680 720°C左右的熔體中，即在澆包中加 入，加入量為熔體質(zhì)量的5%，并進行攪拌5秒鐘；然后澆注。實施例五本實施例所應用的合金牌號為AZ61，其合金成分為A1 5. 8 7. 2%，ZnO. 4 1. 5%, Mn ^ 0. 50%, Si 1. 10%, Cu 0. 05%, Ni 0. 05%, Fe 0. 005%，其余為 Mg。本實施例適用條件與實施過程與實施例一相同。不同之處是澆注溫度為710°C左 右進行。實施例六本實施例所應用的合金牌號為AZ61，其合金成分為A1 5. 8 7. 2%，Zn 0. 4 1. 5%, Mn ^ 0. 50%, Si 1. 10%, Cu 0. 05%, Ni 0. 05%, Fe 0. 005%，其余為 Mg。本實施例適用條件與實施過程與實施例二相同。不同時之處是調(diào)整溫度到690 730°C進行澆注。
實施例七本實施例所應用的合金牌號為A356，其合金成分為Si 6. 5 7. 5 %， Cu ≤ 0. 2%, Mn ≤ 0. 1，Mg 0. 25 0. 45%, Zn≤ 0. 1%, Fe ≤ 0. 2%，其余為 Al。本實施例適用條件與實施過程與實施例一相同，不同之處是澆注溫度為700°C左 右進行。實施例八本實施例所應用的合金牌號為A356，其合金成分為Si 6. 5 7. 5%，Cu≤0. 2%， Mn ( 0. 1，Mg 0. 25 0. 45%, Zn ( 0. 1%, Fe ( 0. 2%，其余為 Al。本實施例適用條件與實施過程同實施例二，不同時之處是調(diào)整溫度到690 730°C進行澆注。實施例九本實施例所應用的合金牌號為變形鋁合金7075，其化學成分為Si 0.4%, Mn 0. 3%, Cu 1. 2 2. 0%, Mg 2. 1 2. 9%, Zn 5. 1 6. 1%，其余為 Al。本實施例適用條件與實施過程與實施例一相同。不同之處是澆注溫度為740°C左 右進行。實施例十本實施例所應用的合金牌號為變形鋁合金7075，其化學成分為Si0.4%， MnO. 3%, Cu 1. 2 2. 0%, Mg 2. 1 2. 9%, Zn 5. 1 6. 1%，其余為 Al。本實施例適用條件與實施過程與實施例二相同，不同時之處是調(diào)整溫度到720 750°C進行澆注。實施例i^一本實施例所應用的合金牌號為ZA27，其化學成分為A1 27%, Cu 2%, Mg 0. 04%，其余為Zn。本實施例適用條件與實施過程與實施例相同一，不同之處是澆注溫度為580°C左 右進行。實施例十二本實施例所應用的合金牌號為ZA27，其化學成分為A1 27%, Cu 2%, Mg 0. 04%，其余為Zn。本實施例適用條件與實施過程與實施例二相同，不同時之處是調(diào)整溫度到570 600°C進行澆注。實施例十三本實施例所應用的合金牌號為ZCuAl 10Fe3，其化學成分為A1 8. 5 11. 0%，F(xiàn)e 2. 0 4. 0%，其余為Cu。本實施例適用條件與實施過程與實施例一相同，不同之處是澆注溫度為1250°C左 右進行。實施例十四本實施例所應用的合金牌號為ZCuAl 10Fe3，其化學成分為A1 8. 5 11. 0%，F(xiàn)e 2. 0 4. 0%，其余為Cu。本實施例適用條件與實施過程與實施例二相同，不同時之處是調(diào)整溫度到1230 1260°C進行澆注。實施例十五本實施例所應用的鋼牌號為45號鋼，其化學成分為C 0. 42 0. 50%,SiO. 17 0. 37%, Mn 0. 50 0. 80%, Cr ≤ 0. 2%, Ni ≤ 0. 30%, Cu ≤ 0. 25%，其余為 Fe。本實施例適用條件與實施過程與實施例一相同，不同之處是澆注溫度為1580°C左 右進行。實施例十六本實施例所應用的鋼牌號為45號鋼，其化學成分為C 0. 42 0. 50%,SiO. 17
0.37%, Mn 0. 50 0. 80%, Cr ≤ 0. 2%, Ni ≤ 0. 30%, Cu ≤ 0. 25%，其余為 Fe。本實施例適用條件與實施過程與實施例二相同，不同時之處是調(diào)整溫度到 1560 1600°C進行澆注。實施例十七本實施例所應用的合金牌號為HT250，其化學成分為C 2. 5 4. 0 %，Sil. 0
1.3%, Mn 0. 905 1. 3%，P ≤ 0. 3%，S ≤ 0. 15%，其余為 Fe。本實施例適用條件與實施過程與實施例一相同，不同之處是澆注溫度為1420°C左 右進行。實施例十八本實施例所應用的合金牌號為HT250，其化學成分為C 2. 5 4. 0 %，Sil. 0 1. 3%, Mn 0. 905 1. 3%，P ≤ 0. 3%，S ≤ 0. 15%，其余為 Fe。本實施例適用條件與實施過程與實施例二相同，不同時之處是調(diào)整溫度到 1400 1450°C進行澆注。
權(quán)利要求
用于制備金屬半固態(tài)漿料的裝置，其支架(7)安置在工作平面上，其特征在于在支架(7)上部的傾斜斜面上安裝一合金流槽(3)，有一輸送熔化好的金屬的澆包(5)，在合金流槽(3)的上端安裝一漏斗形的澆口杯(4)，澆口杯(4)的上端口對著澆包(5)，下端與合金流槽(3)相通，在合金流槽(3)下端安裝一內(nèi)腔與合金流槽(3)相通的鑄型(1)，在合金流槽(3)上開有冷卻水出口為(2)、入口為(6)的冷卻孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備金屬半固態(tài)漿料的裝置，其特征在于合金流槽(3) 的上段為兩個相鄰的橫截面形狀為半圓形的凹槽，在合金流槽(3)的下段兩個相鄰的橫截 面形狀為半圓形的凹槽匯合為一個橫截面形狀為半圓形的凹槽。
3.使用權(quán)利要求1所述的制備金屬半固態(tài)漿料的裝置制備金屬半固態(tài)漿料的方法，其 步驟為(1)加工與所處理合金相同成分的小金屬塊-自孕育劑，并向熔化好的合金熔體中引 入自孕育劑；(2)控制熔體加入自孕育劑溫度和澆注溫度，為該合金液相線溫度以上50 150°C；(3)自孕育劑熔化后進行常規(guī)的熔體處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備金屬半固態(tài)漿料的方法，其特征在于加工與所處理的合 金為具有凝固溫度區(qū)間的合金，是鎂合金，或者鋁合金，或者鋅合金，或者銅合金，或者鋼鐵 材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備金屬半固態(tài)漿料的方法，其特征在于將自孕育劑置于澆 口杯⑷的底部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備金屬半固態(tài)漿料的方法，其特征在于將自孕育劑加入澆 包(5)中，并輔以攪拌。
全文摘要
用于制備金屬半固態(tài)漿料的裝置及漿料的制備方法，其支架7安置在工作平面上，在支架7上部的傾斜斜面上安裝一合金流槽3，有一輸送熔化好的金屬的澆包5，在合金流槽3的上端安裝一漏斗形的澆口杯4，澆口杯4的上端口對著澆包5，下端與合金流槽3相通，在合金流槽3下端安裝一內(nèi)腔與合金流槽3相通的鑄型1，在合金流槽3上開有冷卻水出口為2、入口為6的冷卻孔；使用上述裝置制備金屬半固態(tài)漿料的方法，其步驟為首先加工與所處理合金相同成分的小金屬塊-自孕育劑，并向熔化好的合金熔體中引入自孕育劑；然后控制熔體加入自孕育劑溫度和澆注溫度，為該合金液相線溫度以上50～150℃；最后自孕育劑熔化后進行常規(guī)的熔體處理。
文檔編號C22C1/00GK101817064SQ20091002238
公開日2010年9月1日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者張鵬, 曲俊峰, 李元東, 楊建 , 邢博, 郝遠, 陳體軍, 馬穎 申請人:蘭州理工大學