一种黑色金属半固态浆料制备的电磁搅拌与振动复合装置，由熔化炉、搅拌室、结晶器或流变输送器三大部分组成，熔化炉安装在搅拌室上部，结晶器或流变输送器安装在搅拌室下部，将金属熔体浇入到熔化炉，采用中频感应加热器进行保温均热，当金属熔体在其液相线温度范围时，实现定量浇注到搅拌坩埚内，对其进行电磁搅拌与机械振动，获得非枝晶细小等轴球状或近球状的微观组织，将所制备出细小近球状半固态浆料浇入到结晶器，进行冷却并凝固成坯料或者浇入到流变输送器，迅速送到成形模具，进行流变成形，本发明专利技术能够制备出黑色金属以及有色金属半固态浆料，提高了制备金属半固态浆料的效率和质量，减少了制备时间，特别适用于流变成形。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属半固态浆料制备
，具体涉及一种黑色金属半固态浆料制 备的电磁搅拌与振动复合装置。
技术介绍
金属半固态成形是一种金属新型的成形技术，其结合了铸造和锻造的优点，只需 要少量工序就可以成形出较复杂形状并高性能的工件。与传统铸造相比，该技术具有成形 温度低、模具寿命显著延长、同时可以提高工件的精度及力学性能。并与传统的热锻相比， 半固态成形技术具有成形力低、流动性良好、可以实现近净成形、尤其只需要一道工序可以 成形出较复杂形状的工件。到目前为止，在低熔点有色金属金属领域中，该技术已经获得了 广泛地应用，特别在汽车、航空航天、电器等工业。但是对高熔点黑色金属材料，半固态成形 还仍然在研究阶段。在半固态成形过程中，半固态浆料制备是一个非常关键的技术步骤，决定半固态 成形的成功与否，其目的为获得了非枝晶细小等轴球状或近球状的微观组织。到目前为止， 人们已经开发了许多制备金属半固态浆料的新工艺和新技术，如电磁搅拌法、机械搅拌法、 振动法、应变诱发熔化激活(SIMA法)、热处理法、添加粉末变质剂法等。但是，成功地应用 于工业生产上只有电磁搅拌法，而且制备的合金主要为有色金属，如铝合金、镁合金等。与 有色金属相比，黑色金属材料半固态成形技术的研究较少，原因主要在于黑色金属熔点高 (1300-150(TC)，与铝合金的熔点(500-700°C)高一倍，给黑色金属半固态浆料制备和半固 态成形带来很大的困难。机械搅拌法是金属半固态浆料制备应用最早的。该方法利用旋转叶片或搅拌棒将 凝固中的初生固相打碎，获得球状或近球状初生固相的半固态浆料，其优点在于设备简单、 有益于形成细小微观组织；但缺点在于，黑色金属熔体温度高，浆料制备时，旋转叶片或搅 拌棒的使用寿命短、易造成腐蚀、金属浆料易受到污染等，因此在金属半固态浆料制备该方 法应用较少。电磁搅拌法的原理是利用旋转电磁场在金属液中产生感应电磁场，金属液在洛伦 兹力的作用下产生运动，从而实现对金属液搅拌的目的。该方法的突出优点在于非接触式 搅拌法，有效克服了类似于机械搅拌的叶片或搅拌棒腐蚀污染的问题，另外具有搅拌参数 控制灵活方便、易调节等。目前，在有色金属半固态浆料制备中，电磁搅拌法应用最广泛，已 经应用在工业生产上。但是对黑色金属材料，该方法还处于初期阶段，原因在于，黑色金属 熔点高、熔体导电率低，从而给半固态浆料制备带来很大的困难，如所需的搅拌功率大、搅 拌时间长、并加热、保温、冷却过程中需要良好的措施等。机械振动半固态浆料制备法的优点在于设备简单、易实现、投资少等。近几年，华 中科技大学采用低频机械振动对A390、ZLlOl铝合金等进行半固态浆料制备，获得了较细 小等轴的非枝晶组织。但是振动时，测量温度的热电偶及其控制部件受到剧烈激振力，导致 降低它们工作稳定性、寿命缩短。控制过热度浇注半固态浆料制备法是通过控制合金浇注温度和凝固冷却速度来 制备半固态金属浆料或坯料，该技术方法一般不采用任何搅拌，所以制备工艺简单。其缺点 在于效率低，并且组织均勻性较差，尤其黑色金属熔点高、难以控温，因此对黑色金属该法 方效率较低、难实现。上述的几种制备金属半固态浆料是单独作用的，其效率较低、功率要求较大，对黑 色金属材料半固态浆料制备难以得到良好的效果。近几年，有学者对低熔点有色金属半固 态浆料将上述两者或多者结合起来获得了较好效果，微观组织细小、均勻的球状或近球状、 制备时间短、需要功率小等。另一方面，在半固态流变成形技术，定量浇注是一个十分重要的步骤。传统方法一 般采用塞杆式，其优点在于结构较简单，但是浇注时，半固态浆料是靠重力或加压的方式出 料，流量不稳定，因此定量误差较大，目前仍然还没有良好的解决办法。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种黑色金属半固态浆 料制备的电磁搅拌与振动复合装置，能够制备出黑色金属以及有色金属半固态浆料或流变 成形，提高了制备金属半固态浆料的效率和质量，减少制备时间。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种黑色金属半固态浆料制备的电磁搅拌与振动复合装置，由熔化炉1、搅拌室 II、结晶器IIIA或流变输送器IIIB三大部分组成，熔化炉I安装在搅拌室II上部，熔化炉 I的熔化坩埚衬底32的下部伸入搅拌室II的搅拌坩埚10内，结晶器IIIA或流变输送器 IIIB安装在搅拌室II下部；所述的熔化炉I包括熔化坩埚7，熔化坩埚7的外部设有熔化炉保温层8，熔化炉 保温层8的外部设有中频感应加热器1，熔化坩埚7、熔化炉保温层8和中频感应加热器1 同轴安装在熔化炉底板9上部，熔化坩埚7及熔化炉保温层8的上部设有炉盖5，上塞杆6 位于熔化坩埚7的中心线上，其一端穿过炉盖5的中心孔伸出炉盖5外，另一端和熔化坩埚 衬底32的顶端相接，熔化坩蜗衬底32的上部位于熔化坩埚7底部的中心孔内，上塞杆6内 设有第二热电偶3a和第三热电偶北，第二热电偶3a和第三热电偶北的一端伸出上塞杆6 的顶部外，第二热电偶3a的另一端位于上塞杆6的中部，而第三热电偶北的另一端位于搅 拌室II的搅拌坩埚10的中部，上塞杆6伸出炉盖5的部分侧面设有第一保护气进口 4，熔 化坩埚衬底32下端带有第一特种高温密封圈31，熔化坩埚7内设有第一热电偶2，第一热 电偶2的一端伸出炉盖5外；所述的搅拌室II包括搅拌坩埚10，搅拌坩埚10的外部依次设有搅拌室保温层 11、第一电阻加热器12、保温隔热层13、第一冷却水系统14、电磁搅拌器27和外壳观，并同 轴安装在搅拌室底板16上部，通过上压板30将上述零部件卡紧一起，两个相同的振动电机 18和弹簧17对称地安装在搅拌室底板16下部，两个振动电机18的轴端偏心块旋转方向相 反，在搅拌坩埚10底部设有下塞杆21，下塞杆21的顶部设有第二特种高温密封圈沈，下塞 杆21的内部设有第四热电偶22，第一冷却水系统14设有第一冷却水进口 25和第一冷却水 出口 29，在外壳观侧面底部设有第二保护气进口 15 ；用于触变浆料时，结晶器IIIA安装在搅拌室底板16下部，结晶器IIIA包括结晶器铜管20与第二冷却水系统23，结晶器铜管20同轴安装在搅拌坩埚10下部，结晶器铜管 20的外部设有第二冷却水系统23，第二冷却水系统23设有第二冷却水进口 M及第二冷却 水出口 19 ；用于流变浆料时，流变输送器IIIB安装在搅拌室底板16下部，流变输送器IIIB 包括输送管33，输送管33侧面通过短斜板36与输送筒34相接，输送筒34的外部设有第二 电阻加热器35，输送管33同轴安装在搅拌坩埚10下部。所述的熔熔化炉I与搅拌室II之间具有10 12mm的安装间隙。所述的第一特种高温密封圈31、第二特种高温密封圈沈的材料采用软刚玉。所述的熔化坩埚衬底32的材料为软石墨。本专利技术的工作原理为将金属材料熔化后浇入到熔化坩埚7或者直接将金属加热到熔融状态，采用中频 感应系统1进行保温均热；当金属熔体温度在材料液相线即0 30°C范围时，通过控制下 塞杆21在搅拌坩埚10的位置，将金属熔体实现定量浇注到已预热的搅拌坩埚10内；在金 属熔体冷却过程中到半固态状态，按照工艺所需的功率和频率，对半固态浆料在搅拌坩埚 10进行电磁搅拌与机械振动复合，打碎本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种黑色金属半固态浆料制备的电磁搅拌与振动复合装置，其特征在于：由熔化炉（Ⅰ）、搅拌室（Ⅱ）、结晶器（ⅢＡ）或流变输送器（ⅢＢ）三大部分组成，熔化炉（Ⅰ）安装在搅拌室（Ⅱ）上部，熔化炉Ｉ的熔化坩埚衬底（３２）的下部伸入搅拌室（Ⅱ）的搅拌坩埚（１０）内，结晶器（ⅢＡ）或流变输送器（ⅢＢ）安装在搅拌室（Ⅱ）下部；所述的熔化炉（Ⅰ）包括熔化坩埚（７），熔化坩埚（７）的外部设有熔化炉保温层（８），熔化炉保温层（８）的外部设有中频感应加热器（１），熔化坩埚（７）、熔化炉保温层（８）和中频感应加热器（１）同轴安装在熔化炉底板（９）上部，熔化坩埚（７）及熔化炉保温层（８）的上部设有炉盖（５），上塞杆（６）位于熔化坩埚（７）的中心线上，其一端穿过炉盖（５）的中心孔伸出炉盖（５）外，另一端和熔化坩埚衬底（３２）的顶端相接，熔化坩埚衬底（３２）的上部位于熔化坩埚（７）底部的中心孔内，上塞杆（６）内设有第二热电偶（３ａ）和第三热电偶（３ｂ），第二热电偶（３ａ）和第三热电偶（３ｂ）的一端伸出上塞杆（６）的顶部外，第二热电偶（３ａ）的另一端位于上塞杆（６）的中部，而第三热电偶（３ｂ）的另一端位于搅拌室（Ⅱ）的搅拌坩埚（１０）的中部，上塞杆（６）伸出炉盖（５）的部分侧面设有第一保护气进口（４），熔化坩埚衬底（３２）下端带有第一特种高温密封圈（３１），熔化坩埚（７）内设有第一热电偶（２），第一热电偶（２）的一端伸出炉盖（５）外；所述的搅拌室（Ⅱ）包括搅拌坩埚（１０），搅拌坩埚（１０）的外部依次设有搅拌室保温层（１１）、第一电阻加热器（１２）、保温隔热层（１３）、第一冷却水系统（１４）、电磁搅拌器（２７）和外壳（２８），并同轴安装在搅拌室底板（１６）上部，通过上压板（３０）将上述零部件卡紧一起，两个相同的振动电机（１８）和弹簧（１７）对称地安装在搅拌室底板（１６）下部，两个振动电机（１８）的轴端偏心块旋转方向相反，在搅拌坩埚（１０）底部设有下塞杆（２１），下塞杆（２１）的顶部设有第二特种高温密封圈（２６），下塞杆（２１）的内部设有第四热电偶（２２），第一冷却水系统（１４）设有第一冷却水进口（２５）和第一冷却水出口（２９），在外壳（２８）侧面底部设有第二保护气进口（１５）；用于触变浆料时，结晶器（ⅢＡ）安装在搅拌室底板（１６）下部，结晶器（ⅢＡ）包括结晶器铜管（２０）与第二冷却水系统（２３），结晶器铜管（２０）同轴安装在搅拌坩埚（１０）下部，结晶器铜管（２０）的外部设有第二冷却水系统（２３），第二冷却水系统（２３）设有第二冷却水进口（２４）及第二冷却水出口（１９）；用于流变浆料时，流变输送器（ⅢＢ）安装在搅拌室底板（１６）下部，流变输送器（ⅢＢ）包括输送管（３３），输送管（３３）侧面通过短斜板（３６）与输送筒（３４）相接，输送筒（３４）的外部设有第二电阻加热器（３５），输送管（３３）同轴安装在搅拌坩埚（１０）下部。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵升吨，陶文琉，张琦，林文捷，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87
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