一种制浆-成形分离式铝合金流变成形方法技术

一种制浆－成形分离式铝合金流变成形方法，涉及一种半固态合金浆料的快速制备系统与工件成形系统分离铝合金流变成形方法，属于半固态合金成形方法技术领域。先制备过热液体合金；搅拌坩埚预热至３５０～４００℃；将过热熔体转入所述半固态合金浆料搅拌坩埚内；将搅拌坩埚置入电磁搅拌装置制备室中；按照设定搅拌方式开启搅拌装置进行电磁搅拌，搅拌结束后，将搅拌坩埚取出，将合金浆料直接倒入压铸机压射筒，模具温度２２０℃压射成形；即完成所述铝合金流变成形。本发明专利技术搅拌装置与成形设备成功分离，设备结构和工艺控制简单，与传统的压铸设备和液压设备衔接简便，同时浆料转移过程操作简单快捷，合金浆料组织优异；制备效率高，工艺适用性强。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种半固态合金浆料的快速制备系统与工件成形系统分离铝合金流变成形方法，属于半固态合金成形方法

技术介绍
半固态合金成形技术通常分为流变成形和触变成形两大类。由于半固态触变成形技术在应用过程中，暴露出工艺流程长、制坯成本高(坯料成本占零件成本约40％)、重熔能耗高、坯料表面氧化严重、加热过程坯料流失严重(流失高达10％)、生产废料无法在生产现场回收等诸多问题，从20世纪90年代以来，流变成形技术逐渐成为国内外半固态成形技术的重点发展方向，并取得了一定进展。在现有的流变成形技术中，机械搅拌式流变射铸技术国内外研究众多，但存在浆料易污染、搅拌强度低等问题，尚处于实验室阶段(Wang K K，Peng H，Wang N，et al.Method andapparatus for injection molding of semi-solid metals.US Patent 5501266，1996；彭暄.半固态合金射出成型的方法和装置.中国专利97120579.5，1997；JiS，Fan Z，BevisM J.Semi-solid processing of engineering alloys by a twin-screw rheomoulding process.Materials Science and Engineering，2001，299A 210-217；罗吉荣，吴树森，宋象军，等.半固态合金浆料的制备装置.中国专利01212744.2，2001；康永林，安林，孙建林.转筒式半固态合金浆料制备与成形设备.中国专利01109074.X，2001)。射室制备浆料式流变铸造技术虽然可以保证半固态浆料的质量，但存在电磁搅拌的效率较低、压铸机压室机构改造复杂、费用巨大等不足(Shibata R，Kaneuchi T，Soda T，et al.Formation of sphericalsolid phase in die casting shot sleeve without any agitation.InDardano C，FranciscoM，Proud J，eds.Processings of the Fifth International Conference on Semi-SolidProcessing of Alloys and Composites.SheffieldUniversity of Sheffeild，1998.465-470)。液相线铸造(模锻)通过低过热度浇注和整体加压效应，使整个合金液同时进入过冷状态，实现了同时形核和同时长大，但只能用于简单结构件的成形，且生产效率较低(崔建忠.镁合金超低温铸造制取半固态浆方法.中国专利 03133389.3，2003；罗守靖.液相线模锻制备半固态坯料方法.中国专利01116406.9，2001)。这三类方法属于制浆-成形一体化技术，虽然巧妙地避免了浆料从制备系统到成形系统的转移过程，但各自具有很大的局限性，因此应用前景不大乐观。UBE New Rheocasting(UNRC)技术、Semi-Solid Rheocasting(SSRTM)技术和ContinuousRheoconversion Proces(CRP)技术，成功实现了浆料制备系统与工件成形系统分离，无须对成形机构进行大的改造，并分别实现了试生产。这两种流变成形技术具有较高的知识创新和实用价值，但由于知识保护等原因，各自的具体技术细节没有公开(Haga T，Kapranos P.Simple rheocasting processes.Journal of Materials Processing Technology，2002，130-131594-598Masashi Uchida.Feature of UBE squeeze process and UNRC process(semi solid casting).见李荣德，编.第三届中国国际压铸会议论文集.沈阳东北大学出版社，2002.207-219；Flemings M C，Martinez R A，de Figueredo A M.Metal alloycompositions and process.US Patent 20020096231，2002；Findon M，Apelian D.Continuousrheoconversion processs for semi-solid slurry production.Transactions of theAmerican Foundrymen’s Society，2004，112305-322)。本专利技术人课题组的前期研究表明，如果保证半固态浆料在转移过程中温度下降不超过5℃，则不会对其流变性能、显微组织和工件的力学性能产生太大的影响，因此，在传统压铸技术的基础上，研制制浆-成形分离的流变成形系统是完全可行的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制浆-成形分离式铝合金流变成形方法，本专利技术采用“熔体处理+双向电磁搅拌”复合技术快速制备出流变性能较好、具有近球形晶粒形貌的半固态合金浆料，并采用适当的转移装置将其从制备系统平稳地输送至工件成形设备，最后通过压力铸造或液态模锻的方法获得组织均匀、力学性能良好的工件，是在对传统成形设备改造较小的情况下，实现制浆-成形分离的新型铝合金流变成形方法。一种制浆-成形分离式铝合金流变成形方法，该方法包括以下步骤1、制备过热液体合金1.1采用现有技术，比如电阻熔化炉和PID控温技术，将合金坯料熔炼制备得到过热液体合金；液态合金的温度满足后续熔体处理要求，并且化学成分均匀、恒定，偏析尽可能小；熔化炉的容积保证随时可以提供足够液态合金；1.2对所述过热液态合金进行熔体处理用浇包将熔化炉中的液态合金转入电阻保温炉，根据合金坯料选择中间合金作为粉末态细化剂和变形态变质剂加入到过热液态合金中；在熔体处理过程中控制过热液态合金的温度，注意保温；2、搅拌2.1将搅拌坩埚预热至350～400℃；2.2在步骤1.2中进行熔体处理后所得的液态合金送入搅拌器之前5s开启搅拌器； 2.3将步骤1.2熔体处理后的过热熔体转入半固态合金浆料搅拌坩埚内，并立即检测熔体温度，转移到搅拌坩埚内的熔体温度应高于液相线30～35℃； 将搅拌坩埚置入电磁搅拌装置的制备室中；2.4按照设定搅拌方式开启搅拌器进行电磁搅拌，主要工艺参数有开始搅拌温度 液相线以上5～15℃，单向项搅拌时间 3s，正转-反转换向方式采用无间歇换向，搅拌频率 30Hz，搅拌电压 设定搅拌频率下最大容许电压；在搅拌过程中对温度进行实时采集，当搅拌过程中固相率达到5％时，即停止搅拌；3、压铸成型3.1合金浆料的平稳快速转移待步骤(2.4)合金浆料制备结束后，将搅拌坩埚从电磁搅拌装置的制备室取出，在3s内转移至压铸机压射筒，将合金浆料直接倒入压铸机压射筒；3.2工件的流变成形3.2.1成形设备选用冷室或热室压铸机；模具的浇道流程短，浇道、浇口均采用开放式结构；冲头与压室之间的单边间隙为0.08mm；模具预留加热系统的位置；模具温度为220℃；3.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制浆－成形分离式铝合金流变成形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（１）制备过热液体合金（１．１）采用电阻熔化炉和ＰＩＤ控温技术，将合金坯料熔炼制备得到过热液体合金；（１．２）用浇包将熔化炉中的液态合金转入电阻 保温炉，根据合金坯料选择中间合金作为粉末态细化剂和变形态变质剂加入到过热液态合金中对所述过热液态合金进行熔体处理；在熔体处理过程中保持过热液态合金的温度；（２）搅拌（２．１）将搅拌坩埚预热至３５０～４００℃； （２．２）在步骤１．２中进行熔体处理后所得的液态合金送入搅拌器之前５秒开启搅拌器；（２．３）将步骤１．２熔体处理后的过热熔体转入半固态合金浆料搅拌坩埚内，并立即检测熔体温度，转移到搅拌坩埚内的熔体温度应高于液相线３０～３５℃；将搅拌 坩埚置入电磁搅拌装置的制备室中；（２．４）按照设定搅拌方式开启搅拌器进行电磁搅拌，主要工艺参数有：开始搅拌温度液相线以上５～１５℃，单向项搅拌时间３秒，正转－反转换向方式采用无间歇换向，搅 拌频率３０Ｈｚ，搅拌电压设定搅拌频率下最大容许电压；在搅拌过程中对温度进行实时采集，当搅拌过程中固相率达到５％时，停止搅拌；（３）压铸成型（３．１）待步骤（２．４）电磁搅拌结束后，将搅拌坩埚从电磁搅拌 装置的制备室取出，在３ｓ内转移至压铸机压射筒，将合金浆料直接倒入压铸机压射筒；（３．２）工件的流变成形：（３．２．１）成形设备选用冷室或热室压铸机；模具的浇道流程短，浇道、浇口均采用开放式结构；冲头与压室之间的单边间隙为０． ０８ｍｍ；模具预留加热系统的位置；模具温度为２２０℃；（３．２．２）增压压力为１８０ＭＰａ，采用二级快压射成形，完成铝合金流变成形。...

【技术特征摘要】
1.一种制浆-成形分离式铝合金流变成形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)制备过热液体合金(1.1)采用电阻熔化炉和PID控温技术，将合金坯料熔炼制备得到过热液体合金；(1.2)用浇包将熔化炉中的液态合金转入电阻保温炉，根据合金坯料选择中间合金作为粉末态细化剂和变形态变质剂加入到过热液态合金中对所述过热液态合金进行熔体处理；在熔体处理过程中保持过热液态合金的温度；(2)搅拌(2.1)将搅拌坩埚预热至350～400℃；(2.2)在步骤1.2中进行熔体处理后所得的液态合金送入搅拌器之前5秒开启搅拌器；(2.3)将步骤1.2熔体处理后的过热熔体转入半固态合金浆料搅拌坩埚内，并立即检测熔体温度，转移到搅拌坩埚内的熔体温度应高于液相线30～35℃；将搅拌坩埚置入电磁搅拌装置的制备室中；(2.4)按照设定搅拌方式开启搅拌器进行电磁搅拌，主要工艺参数有开始搅拌温度 液相线以上5～15℃，单向项搅拌时间3秒，正转-反转换向方式 采用无间歇换向，搅拌频率 30H...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐靖林，冯鹏发，曾大本，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]