高压快冷制备金属材料的方法及装置制造方法及图纸

技术编号:16204999 阅读:46 留言:0更新日期:2017-09-15 13:20
本发明专利技术涉及高压快冷制备金属材料的设备,包括模具架、模具型腔、保温加热器、液压机的冲头、活动挡块、水冷系统、淬火系统、滚珠支撑机构和数据采集器,模具型腔安装在模具架上,保温加热器设置在模具型腔的腔壁内部,金属熔体置于模具型腔中,冲头设于模具型腔上方,水冷系统设于活动挡块内部,活动挡块设于模具型腔的下端,活动挡块下端的两侧设有滚珠支撑机构,滚珠支撑机构安装在模具架上,淬火系统设于活动挡块下方,数据采集器与模具型腔的内侧面相接。本发明专利技术还涉及高压快冷制备金属材料的方法,设备能实现高压和快冷二者耦合条件下的铸件成型,获得高性能铸件,可为开发高性能铸造金属材料提供试验平台,属于金属材料加工技术领域。

Method and apparatus for preparing metal material by high pressure and rapid cooling

The present invention relates to a high-pressure fast cooling preparation of metal materials equipment, including mold frame, mould cavity, heat insulation heater, punch, active hydraulic machine block, water cooling system, quenching system, ball supporting mechanism and the data collector, the mold cavity is installed in the mold frame, the heat insulation heater is arranged inside the mold cavity wall the molten metal in the mold cavity, the cavity is arranged in the punch die cavity above the water cooling system is arranged on the movable block, the movable blocks arranged on the lower mold cavity, both sides of the movable block is arranged at the lower end of the ball supporting mechanism, roller supporting mechanism is installed in the mold frame, a movable block below the quenching system the inner surface, data collector and the mold cavity. The invention also relates to a preparation method of high pressure quick cold metal materials, casting equipment can achieve high and fast cooling of two coupling conditions, to obtain high performance castings, can provide an experiment platform for the development of high performance casting metal material, belonging to the technical field of metal material processing.

【技术实现步骤摘要】
高压快冷制备金属材料的方法及装置
本专利技术涉及金属材料加工
,尤其涉及高压快冷制备金属材料的方法及装置。
技术介绍
金属制品(如铸锭、铸件等产品)的质量直接取决于金属熔体的质量,因此在金属材料的加工过程中,金属熔体的成形工艺以及处理方法就显得尤为重要。挤压铸造成形工艺与其他铸造成形方法相比,所得到的铸件组织具有均匀致密、力学性能优良、表面光洁度和尺寸精度高等优点,因此被广泛应用于机械、汽车、家电、航空、航天、国防等领域。快速冷却的方法可以使金属材料以较快的速度发生凝固,研究表明,提高冷却速度,加快合金的凝固速率可以使合金在非平衡条件下凝固,从而引起合金的组织和结构发生以下几点变化:(1)扩大合金的固溶极限;(2)获得更细的晶粒度;(3)减少合金中的偏析;(4)形成亚稳相;(5)减小枝晶间距。与在平衡条件下凝固的合金相比,它们具有更好的力学性能等其他优异的性能。传统挤压铸造集中于在不超过0.2GPa比压和金属熔体冷却条件(1~5K/s)下对金属材料进行成形,而在0.2~1.0GPa比压范围内挤压并同时以10K/s以上的冷却速度进行快速冷却,则处于极少被涉及的领域,开展该类研究工作对提升金属材料质量具有广阔的空间。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题,本专利技术的目的是:提供一种高压快冷制备金属材料的方法,能达到对金属熔体的挤压比压为0.2~1.0GPa,冷却速度≥10K/s,实现高压和快冷二者耦合条件下的铸件成型,获得高性能铸件;本专利技术的第二目的在于提供另一种高压快冷制备金属材料的方法,能达到对金属熔体的挤压比压为0.2~1.0GPa,并在金属熔体凝固成形后对高温金属固体进行淬火,冷却速度≥1000K/s,获得高性能铸件;本专利技术的第三目的在于一种高压快冷制备金属材料的设备,该设备不仅能实现高压和快冷二者耦合条件下的铸件成形,还可以实现高压挤压后立即进行淬火条件下的铸件成形,最终获得高性能铸件,并为开发高性能铸造金属材料提供试验平台。为了达到上述目的,本专利技术采用如下技术方案:一种高压快冷制备金属材料的方法,包括以下步骤:(1)开启保温加热器,预热模具型腔,使模具型腔的温度达到设定值;(2)将金属熔体加热至预设温度后,浇入模具型腔中;(3)液压机的冲头以设定的挤压速度向金属熔体施加压力,同时,开启位于模具型腔下方的水冷系统,对金属熔体冷却。该金属材料的制备方法能达到对金属熔体的挤压比压为0.2~1.0GPa,冷却速度≥10K/s。进一步的是:一种高压快冷制备金属材料的方法还包括以下步骤:(4)在对金属熔体实施挤压与冷却的同时开启数据采集器,采集金属熔体实时的压力参数与温度参数,并将所得参数传输至信号处理器,得到压力与时间的关系曲线和温度与时间的关系曲线。实验全程通过数据采集器采集器温度参数、压力参数并进行数据处理,为后续的实验搭建了平台,奠定了基础。进一步的是:所述步骤(2)中,金属熔体的预设温度为液相线以上10~100℃的温度范围;所述步骤(3)中,冲头挤压金属熔体的挤压比压为0.2~1.0GPa;金属熔体的冷却速度≥10K/s。一种高压快冷制备金属材料的方法,包括以下步骤:(1)开启保温加热器,预热模具型腔,使模具型腔的温度达到设定值;(2)将金属熔体加热至预设温度后,浇入模具型腔中;(3)液压机的冲头以设定的挤压速度向金属熔体施加压力;同时,开启数据采集器,采集金属熔体实时的压力参数与温度参数,并将所得参数传输至信号处理器,得到压力与时间的关系曲线和温度与时间的关系曲线;(4)从信号处理器中可知金属熔体的实时温度,当温度下降到预设的淬火温度时(该温度下金属熔体已经全部凝固为金属固体),抽出位于模具型腔下端的活动挡块,并启动液压机的冲头,冲头将模具型腔中的高温金属固体挤出模具型腔,金属固体落入位于模具型腔正下方的淬火池中,实现金属冷却。该制备方法能达到对金属熔体的挤压比压为0.2~1.0GPa,冷却速度≥1000K/s。一种高压快冷制备金属材料的设备,包括模具架、模具型腔、保温加热器、液压机的冲头、活动挡块、水冷系统、淬火系统、滚珠支撑机构和数据采集器,模具型腔安装在模具架上,保温加热器设置在模具型腔的腔壁内部,金属熔体置于模具型腔中,冲头设于模具型腔上方,水冷系统设于活动挡块内部,活动挡块设于模具型腔的下端,活动挡块下端的两侧设有滚珠支撑机构,滚珠支撑机构安装在模具架上,淬火系统设于活动挡块下方,数据采集器与模具型腔的内侧面相接。该装置能实现上述两种金属材料的制备方法。进一步的是:活动挡块由导热上板和承载下板拼合而成,导热上板为铜合金板,承载下板为H13钢板,导热上板和承载下板的相接触部分设有沟槽,水冷系统置于沟槽内。活动挡块可以支撑金属熔体,同时置于活动挡块内的水冷系统通过导热上板可以冷却金属熔体。进一步的是:水冷系统包括冷却水循环通道和板式水冷换热器,冷却水循环通道的进水口和出水口分别与板式水冷换热器连接,冷却水循环通道和板式水冷换热器嵌于导热上板和承载下板之间。进一步的是:淬火系统包括淬火池和淬火池内部盛放的冷却介质,淬火池设于模具型腔的正下方。抽出活动挡块,高温金属固体直接快速落入淬火池中。该淬火系统可实现在比传统挤压铸造更高的压力下直接淬火,缩短了铸件后续固溶处理的重新加热,是一种短流程成形工艺,有利于节能。进一步的是:滚珠支撑机构包括带沟槽的钢板和若干钢珠,钢珠置于钢板的沟槽内,活动挡块下端的两侧均设有滚珠支撑机构。进一步的是:数据采集器包括压力传感器、温度传感器和信号处理器,模具型腔的腔壁开有压力数据采集通道和温度数据采集通道,压力传感器和温度传感器分别设于对应的数据采集通道内,压力传感器和温度传感器均与信号处理器信号连接。总的说来,本专利技术具有如下优点:本专利技术制备金属材料的方法工艺简单,可根据实际需要对金属熔体实施0.2GPa~1.0GPa比压的挤压,实现高压和快冷二者耦合条件下的铸件成型,获得不同于传统铸造条件下的高性能铸件。本专利技术制备金属材料的设备,可为开发高性能铸造金属材料提供试验平台。本专利技术通过金属熔体实施0.2~1.0GPa比压挤压的同时实现快速冷却,利用二者对金属熔体凝固组织的作用是互补和耦合增强的关系,改善金属材料的组织形态和性能,获得不同于传统铸造条件下的高性能铸件。同时在实验全程通过数据采集器采集温度参数、压力参数并进行数据处理,为后续的实验搭建了平台,奠定了基础。本专利技术的水冷系统可以在金属熔体受到高压挤压的同时对其进行快速冷却。本专利技术的淬火系统可实现在比传统挤压铸造更高的压力下直接淬火,缩短了铸件后续固溶处理的重新加热,是一种短流程成形工艺,有利于节能。数据采集器不仅可以全程采集温度参数与压力参数,同时也可以配合淬火系统,在金属材料下降到某一温度时,立即抽出活动挡块,用液压机冲头挤出高温金属固体进行淬火,保留金属材料在特定温度下的相与组织,为后续的实验分析提供丰富的数据。本的设备结构简单,容易在传统立式挤压铸造装备上进行改造,易于推广,应用前景广阔。附图说明图1是本专利技术设备的结构示意图。其中,1为模具型腔,2为保温加热器,3为液压机的冲头,4为金属熔体,5为活动挡块的导热上板,6为活动挡块的承载下板,7为水冷系统,8为淬火系统,9为滚珠支撑机构,10本文档来自技高网...
高压快冷制备金属材料的方法及装置

【技术保护点】
一种高压快冷制备金属材料的方法,其特征在于:包括以下步骤:(1)开启保温加热器,预热模具型腔,使模具型腔的温度达到设定值;(2)将金属熔体加热至预设温度后,浇入模具型腔中;(3)液压机的冲头以设定的挤压速度向金属熔体施加压力,同时,开启位于模具型腔下方的水冷系统,对金属熔体冷却。

【技术特征摘要】
1.一种高压快冷制备金属材料的方法,其特征在于:包括以下步骤:(1)开启保温加热器,预热模具型腔,使模具型腔的温度达到设定值;(2)将金属熔体加热至预设温度后,浇入模具型腔中;(3)液压机的冲头以设定的挤压速度向金属熔体施加压力,同时,开启位于模具型腔下方的水冷系统,对金属熔体冷却。2.按照权利要求1所述的一种高压快冷制备金属材料的方法,其特征在于:还包括以下步骤:(4)在对金属熔体实施挤压与冷却的同时开启数据采集器,采集金属熔体实时的压力参数与温度参数,并将所得参数传输至信号处理器,得到压力与时间的关系曲线和温度与时间的关系曲线。3.按照权利要求1所述的一种高压快冷制备金属材料的方法,其特征在于:所述步骤(2)中,金属熔体的预设温度为液相线以上10~100℃的温度范围;所述步骤(3)中,冲头挤压金属熔体的挤压比压为0.2~1.0GPa,金属熔体的冷却速度≥10K/s。4.一种高压快冷制备金属材料的方法,其特征在于:包括以下步骤:(1)开启保温加热器,预热模具型腔,使模具型腔的温度达到设定值;(2)将金属熔体加热至预设温度后,浇入模具型腔中;(3)液压机的冲头以设定的挤压速度向金属熔体施加压力;同时,开启数据采集器,采集金属熔体实时的压力参数与温度参数,并将所得参数传输至信号处理器,得到压力与时间的关系曲线和温度与时间的关系曲线;(4)从信号处理器中可知金属熔体的实时温度,当温度下降到预设的淬火温度时,抽出位于模具型腔下端的活动挡块,并启动液压机的冲头,冲头将模具型腔中的高温金属固体挤出模具型腔,金属固体落入位于模具型腔正下方的淬火池中,实现金属冷却。5.一种高压快冷制...

【专利技术属性】
技术研发人员:张卫文石亚王智张大童杨超李元元
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:广东,44

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1