一種適用于半固態(tài)觸變鑄造鋁合金二次加熱的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于半固態(tài)觸變鑄造鋁合金二次加熱的制備方法，其具體步驟為：首先將鑄造鋁合金半固態(tài)坯料加熱到第一段式二次加熱溫度，即鑄造鋁合金的液相線溫度附近，保溫5～10min，然后快速降溫到最終設(shè)定的第二段式二次加熱溫度后，再保溫10～15min。該鑄造鋁合金的兩段式二次加熱可以保證半固態(tài)坯料受熱均勻，促進(jìn)非枝晶組織球化完整，獲得組織均勻、細(xì)小的鑄造鋁合金二次加熱組織。
【專利說明】一種適用于半固態(tài)觸變鑄造鋁合金二次加熱的制備方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及鑄造鋁合金加熱【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，是一種適用于半固態(tài)觸變鑄造鋁合金二次加熱的制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]半固態(tài)金屬成形技術(shù)是將合金在固相線和液相線溫度區(qū)間進(jìn)行加工成最終產(chǎn)品的一種嶄新的工藝，綜合了凝固加工和塑性加工的長(zhǎng)處。將半固態(tài)金屬漿料凝固冷卻后制備成半固態(tài)坯料，經(jīng)二次加熱到固、液兩相區(qū)間后重新獲得所需要的具有預(yù)定固相分?jǐn)?shù)的半固態(tài)組織，即半固態(tài)金屬加工的第二道工序，二次加熱。二次加熱是確保半固態(tài)坯料在觸變成形過程中具有良好觸變性能的關(guān)鍵步驟，同時(shí)也是獲得近球形非枝晶微觀組織的重要前提工藝。半固態(tài)二次加熱獲得的非枝晶組織對(duì)后續(xù)成形工藝及制品的質(zhì)量有重要影響，因此，對(duì)二次加熱工藝進(jìn)行研究和改進(jìn)是半固態(tài)觸變成形的重要研究?jī)?nèi)容，開展有關(guān)半固態(tài)二次加熱成形工藝的理論和技術(shù)研究，將有助于推動(dòng)半固態(tài)成形技術(shù)的不斷發(fā)展。
[0003]目前，主要采用電阻爐加熱、電磁感應(yīng)加熱、直流電流短路加熱及鹽浴爐重熔加熱等對(duì)半固態(tài)金屬坯料進(jìn)行常規(guī)二次加熱，其中電阻爐加熱和電磁感應(yīng)加熱最為常用，常規(guī)的二次加熱即將坯料直接加熱到預(yù)設(shè)的二次加熱溫度。采用一般的電阻爐對(duì)半固態(tài)坯料進(jìn)行常規(guī)的一步式二次加熱存在加熱不均勻，不能保證坯料的重熔加熱精度等問題。電阻爐二次加熱法因其操作簡(jiǎn)單，多用于實(shí)驗(yàn)室中。電磁感應(yīng)加熱利用中頻感應(yīng)加熱爐進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，是一種被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的二次加熱方法。但電磁感應(yīng)加熱受到集膚效應(yīng)和端部效應(yīng)的影響，電磁感應(yīng)線圈的設(shè)計(jì)依賴于半固態(tài)合金的種類、坯料的尺寸及加熱溫度等，沒有普遍適用性。雖然可以保證坯料的加熱溫控精度，滿足具有一定加熱速度的要求，但是電磁感應(yīng)加熱的能源效率很低。
[0004]按照常規(guī)二次加熱方法獲得的鑄造鋁合金的二次加熱組織球化不完整，組織形狀非常不規(guī)則，固相顆粒內(nèi)部及晶界處存在明顯的第三相組織，存在部分高亮的未熔組織增加了組織的不均勻性，最終會(huì)導(dǎo)致半固態(tài)成形件缺陷的增加。為了實(shí)現(xiàn)鑄造鋁合金半固態(tài)坯料二次加熱獲得一定的固液相比例和均勻的固液相分布，得到尺寸細(xì)小且球化完整的非枝晶組織，使坯料既具有一定強(qiáng)度又具有良好的觸變性能，滿足觸變成形工藝對(duì)坯料的要求。本發(fā)明提出的關(guān)于鑄造鋁合金的創(chuàng)新型兩段式二次加熱方法能夠獲得比傳統(tǒng)二次加熱組織更加均勻細(xì)小、球化完整且具有一定固相分?jǐn)?shù)的半固態(tài)近球形非枝晶組織。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于半固態(tài)觸變鑄造鋁合金二次加熱的制備方法，即將鑄造鋁合金半固態(tài)坯料先加熱到液相線附近適當(dāng)保溫一定時(shí)間，然后再改變溫度至最終預(yù)設(shè)的位于固、液兩相區(qū)間的加熱溫度，進(jìn)而對(duì)半固態(tài)組織的演化進(jìn)行優(yōu)化控制的工藝，獲得組織均勻、近球形、晶粒大小適中具有一定固相分?jǐn)?shù)的半固態(tài)鋁合金二次加熱組織。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種適用于半固態(tài)觸變鑄造鋁合金二次加熱的制備方法，其具體步驟為:首先將鑄造鋁合金半固態(tài)坯料加熱到第一段式二次加熱溫度，即鑄造鋁合金的液相線溫度附近，保溫5?lOmin，然后快速降溫到最終設(shè)定的第二段式二次加熱溫度后，再保溫10?15min。
[0008]所述的保溫時(shí)間均為坯料中心溫度達(dá)到設(shè)定溫度后的保溫時(shí)間，便于區(qū)分不同坯料大小對(duì)保溫時(shí)間需求的不同。
[0009]所述的第一段式二次加熱溫度，即為液相線溫度附近OY土 10K)，即
[0010]第一段式二次加熱溫度為Tl-C，TL, Tl+c
[0011]其中，IY為液相線溫度，參數(shù)c為一個(gè)溫度常數(shù)，c優(yōu)選為10K。
[0012]所述的第二段式二次加熱溫度:預(yù)設(shè)的鑄造鋁合金最終二次加熱溫度Tk。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是:
[0014]該鑄造鋁合金的兩段式二次加熱可以保證半固態(tài)坯料受熱均勻，促進(jìn)非枝晶組織球化完整，獲得組織均勻、細(xì)小的鑄造鋁合金二次加熱組織。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0015]圖1鑄造鋁合金A356兩段式二次加熱微觀組織(904，5min_866K，1min)；
[0016]圖2鑄造鋁合金A356兩段式二次加熱微觀組織(914，5min_866K，1min)；
[0017]圖3鑄造鋁合金A356兩段式二次加熱微觀組織(924，5min_866K，1min)；
[0018]圖4不同二次加熱工藝條件下獲得的鑄造鋁合金A356半固態(tài)微觀組織:
[0019](a)常規(guī)二次加熱(866K，15min)；
[0020](b)兩段式二次加熱(914K，5min-866K, 1min)。
【【具體實(shí)施方式】】
[0021]以下提供本發(fā)明一種適用于半固態(tài)觸變鑄造鋁合金二次加熱的制備方法的【具體實(shí)施方式】。
[0022]實(shí)施例1
[0023]鑄造鋁合金A356半固態(tài)觸變坯料的兩段式二次加熱工藝:
[0024]第一段式二次加熱溫度:904K
[0025]第二段式二次加熱溫度:866Κ
[0026]在第一段二次加熱過程中先保溫5min，然后按照ΙΟΚ/min的降溫速率將溫度降低到預(yù)定的二次加熱溫度866K，再保溫lOmin，試樣完成兩段式二次加熱之后，立刻將試樣進(jìn)行水淬，保留二次加熱時(shí)的半固態(tài)組織，獲得的微觀組織如圖1所示，第一步將坯料加熱到液相線溫度附近能夠促進(jìn)A356合金中的共晶組織的熔化，固相顆粒呈玫瑰型且晶粒尺寸均勻，固、液兩相分布較為規(guī)則，適合于觸變成形。
[0027]實(shí)施例2
[0028]鑄造鋁合金A356半固態(tài)觸變坯料的兩段式二次加熱工藝:
[0029]第一段式二次加熱溫度:914K
[0030]第二段式二次加熱溫度:866Κ
[0031]在第一段二次加熱過程中先保溫5min，然后按照ΙΟΚ/min的降溫速率將溫度降低到預(yù)定的二次加熱溫度866K，再保溫lOmin，試樣完成兩段式二次加熱之后，立刻將試樣進(jìn)行水淬，保留二次加熱時(shí)的半固態(tài)組織，獲得的微觀組織如圖2所示。利用兩段式二次加熱方法獲得的組織比常規(guī)二次加熱工藝獲得的非枝晶組織要好，固相顆粒球化完整且尺寸均勻，適合半固態(tài)觸變成形，第一步將坯料加熱到液相線溫度能夠促進(jìn)A356合金中的共晶組織的熔化，可以得到球化完整、晶粒尺寸均勻的半固態(tài)組織。
[0032]實(shí)施例3
[0033]鑄造鋁合金A356半固態(tài)觸變坯料的兩段式二次加熱工藝:
[0034]第一段式二次加熱溫度:924K
[0035]第二段式二次加熱溫度:866Κ
[0036]在第一段二次加熱過程中先保溫5min，然后按照ΙΟΚ/min的降溫速率將溫度降低到預(yù)定的二次加熱溫度866K，再保溫lOmin，試樣完成兩段式二次加熱之后，立刻將試樣進(jìn)行水淬，保留二次加熱時(shí)的半固態(tài)組織，獲得的微觀組織如圖3所示。第一步將坯料加熱到高于液相相溫度1K的溫度，能夠很好地促進(jìn)A356合金中的共晶組織的熔化，降低溫度至第二段加熱溫度過程中，熔化的部分固相迅速凝固結(jié)晶為細(xì)小的固相顆粒，存在于未熔固相顆粒附近的液相能夠很好地促進(jìn)了固相顆粒的球化，因此可以在圖中看到球化非常完整的固相顆粒，進(jìn)一步減少了半固態(tài)成形所需要的成形力，為觸變成形提供有利條件。
[0037]利用常規(guī)二次加熱方法制備得到的鑄造鋁合金A356的半固態(tài)組織如圖4(a)所示，其加熱溫度為866K,保溫時(shí)間為15min ;固相顆粒形狀不規(guī)則、球化不完整，固相顆粒尺寸偏大且內(nèi)部含有大量?jī)?nèi)含液相，從圖中除了可以看到固、液兩相外，還可以觀察到常規(guī)二次加熱組織中存在高亮的第三相組織，該部分未熔的第三相組織增加了組織的不均勻性，在觸變成形過程中可能會(huì)割裂基體，最終會(huì)導(dǎo)致半固態(tài)成形件缺陷的增加。利用兩段式二次加熱方法獲得的鑄造鋁合金A356的半固態(tài)組織如圖4(b)所示，其中第一段式二次加熱溫度為A356的液相線溫度914K，保溫5min，然后按照ΙΟΚ/min的降溫速率將溫度降低到預(yù)定的二次加熱溫度866K，再保溫1min ;從圖中可以看出，兩段式二次加熱方法獲得的半固態(tài)微觀組織的固相顆粒球化完整、大小適中、尺寸均勻，固相顆粒的聚合長(zhǎng)大不明顯，而且固相顆粒內(nèi)部含有比較少量的內(nèi)含液相，適合于觸變成形。
[0038]從以上實(shí)例可以看出，鑄造鋁合金觸變坯料的兩段式二次加熱工藝為:首先將坯料加熱到液相線溫度附近保溫，然后改變溫度達(dá)到預(yù)定的最終二次加熱溫度后，再保溫一段時(shí)間。一般半固態(tài)鋁合金的觸變成形主要應(yīng)用于變形鋁合金，能夠獲得比較好的球狀組織，鑄造合金用于觸變成形很少。本發(fā)明通過對(duì)鑄造鋁合金兩段式二次加熱工藝研究，獲得了適合于觸變成形的鑄造鋁合金半固態(tài)非枝晶組織，擴(kuò)大了半固態(tài)觸變成形的應(yīng)用范圍。
[0039]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于半固態(tài)觸變鑄造鋁合金二次加熱的制備方法，其特征在于，其具體步驟為:首先將鑄造鋁合金半固態(tài)坯料加熱到第一段式二次加熱溫度，即鑄造鋁合金的液相線溫度附近，保溫5?lOmin，然后快速降溫到最終設(shè)定的第二段式二次加熱溫度后，再保溫10 ?15min0
2.如權(quán)利要求1所述的一種適用于半固態(tài)觸變鑄造鋁合金二次加熱的制備方法，其特征在于，所述的保溫時(shí)間均為坯料中心溫度達(dá)到設(shè)定溫度后的保溫時(shí)間。
3.如權(quán)利要求1所述的一種適用于半固態(tài)觸變鑄造鋁合金二次加熱的制備方法，其特征在于，所述的第一段式二次加熱溫度，即為液相線溫度附近為?Υ±10Κ，即第一段式二次加熱溫度為Tl-C，Tl，Tl+C 其中，Tl為液相線溫度，參數(shù)C為一個(gè)溫度常數(shù)，C優(yōu)選為10K。
4.如權(quán)利要求1所述的一種適用于半固態(tài)觸變鑄造鋁合金二次加熱的制備方法，其特征在于，所述的第二段式二次加熱溫度:預(yù)設(shè)的鑄造鋁合金最終二次加熱溫度Τκ。
【文檔編號(hào)】C22F1/04GK104233128SQ201410235261
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】路貴民, 王姣姣, 于建國(guó) 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)