制备高强度高韧性精密异型金属管材的方法技术

一种制备高性能高韧性精密异型金属管材的方法，属于金属及复合材料领域。先喷射成形制备半固态浆料，金属熔体通过以高压气体为工作介质的非限制式、多级雾化器形成液滴喷射流，沉积在运动的基底表面，制备大直径棒坯；后半固态成形，棒坯在感应线圈中加热，然后去除氧化皮，反向压入成形模具。本发明专利技术获得的有益效果是：喷射成形半固态浆料生产效率高（铝合金，＞２０ｋｇ／ｍｉｎ），操作简便，可连续生产，致密度＞９９％，直径＞１５０ｍｍ，等轴晶平均晶粒度２０～３０μｍ，收得率＞８５％；半固态成形的管材内径＞３００ｍｍ、形状极其复杂、尺寸精确、组织精细，金属流动稳定，不会卷入氧化夹杂和空气，合格率＞９９％，制件力学性能与锻件相当。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及金属及复合材料领域。特别是一种先采用喷射成形工艺制备金属及复合材料沉积棒坯，后半固态成形制备管材的制备高强度、高韧性、精密异形金属管材的方法。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
的不足，提供一种制备高强度、高韧性、大规格、精密异型管材的方法，首先通过喷射成形工艺制备金属及复合材料的大规格棒坯，然后通过半固态成形工艺将棒坯反向压铸填充模具。解决了上述
技术介绍
中的半固态浆料规格小、生产效率低，管状半固态浆料材料利用率低，压机成本高，产品合格率低的问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术工艺如下第一阶段采用喷射成形制备棒坯，金属熔体通过以高压气体为工作介质的非限制式、多级雾化器形成稳定而密集的液滴喷射流，按照沉积物表面温度和喷射流在沉积前的物理状态的最佳范围，在线控制工艺参数，喷射流沉积在运动基底的表面，制备大直径棒坯；第二阶段为半固态成形，棒坯在感应线圈内按照设定的曲线快速加热，然后去除氧化皮，反向压铸填充成形模具。本专利技术具有实质性特点和显著进步，本专利技术工艺解决了
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中存在的问题，获得的有益效果是喷射成形半固态浆料致密度＞99％，直径＞150mm，等轴晶平均晶粒度20～30μm，收得率＞85％，生产效率高(对于铝合金，＞20kg/min)，操作简便，可连续生产；半固态成形的管材内径＞300mm、形状极其复杂、尺寸精确、组织精细，金属流动稳定，不使氧化夹杂和空气卷入内部组织，合格率＞99％，制件力学性能与传统锻件相当。图2为棒坯半固态金属浆料反向压铸中的棒坯半固态金属浆料示意图。图3为棒坯半固态金属浆料反向压铸中的一种内模示意图。图4为棒坯半固态金属浆料反向压铸中的一种外模示意图。2、半固态成形工艺的特征在于，具体如下棒坯在感应线圈中加热，在固相线以下20～30℃确定一个临界点，低于和高于临界点的升温速率分别为6～12K/s和1～3K/s，保温10～300s(视直径和传热系数定)。由于加热时间短暂，棒坯的晶粒长大轻微，最终力学性能提高。然后去除氧化皮，半固态浆料2底部带支撑，半固态金属流动的方向与冲头1的压铸方向相反，反向压入封闭的成形模具，随着冲头1不断压铸，半固态浆料2流进内模3和外模4之间充型。模具预热温度视实际情形而定，主要由金属流动过程可能发生的温降决定，一般不低于金属固相线300℃，保压时间10～30s，当金属在模具中冷却到一定温度时脱模，模具主要的组成部分是内模和外模，其中具有复杂形状的模具应采用组合式结构，大多数异型管件的复杂形状在内部，在这种情形下，内部芯模由几块组成，可以按照一定次序向内脱模，内模先行脱模，外模最后脱模，外模可以是组合式或者整体式。与直接采用喷射成形管坯相比，反向压铸的金属变形大，组织更为均匀，有利于消除喷射成形坯的组织缺陷，金属流动平稳，不易捕获模具中的气体，多数情形下，棒坯比管坯的长度小，压机的开间要求小，购买和使用成本降低。结合本专利技术的内容提供实施例，如下表所示 权利要求1.一种制备高性能高韧性精密异型金属管材的方法，包括喷射成形和半固态成形，其特征在于，第一阶段采用喷射成形制备棒坯，金属熔体通过以高压气体为工作介质的非限制式、多级雾化器形成稳定而密集的液滴喷射流，按照沉积物表面温度和喷射流在沉积前的物理状态的最佳范围，在线控制工艺参数，喷射流沉积在运动基底的表面，制备大直径棒坯；第二阶段为半固态成形，棒坯在感应线圈内按照设定的曲线快速加热，然后去除氧化皮，反向压铸填充成形模具。2.根据权利要求1所述的一种制备高性能高韧性精密异型金属管材的方法，其特征是，所述的金属熔体，在液相线以上100～200℃保温，然后通过中间包流入在相同温度保温的漏包，漏包中熔体高度大于400mm，自动控制金属倾倒动作，液面波动小于10mm，熔体经由设置在漏包底部的导管流入雾化器，铝金属熔体质量流率＞20kg/min。3.根据权利要求1所述的一种制备高性能高韧性精密异型金属管材的方法，其特征是，所述的非限制式、多级雾化器，其工作介质为高压惰性气体或设定的反应性气体，金属熔体在重力作用下进入一级雾化区域，主雾化气体压力在8～15atm，雾化角为10～15°。4.根据权利要求1所述的一种制备高性能高韧性精密异型金属管材的方法，其特征是，所说的喷射成形制备棒坯时，排风口具有可连续调节的出口面积，自动控制风门开启角度，沉积室内的气体压力维持在1～1.1atm，外接防爆风机，夹带粉尘的气流经过一级或多级旋风分离器净化后排空，未粘结的粉尘通过排风口及时排除。5.根据权利要求1所述的一种制备高性能高韧性精密异型金属管材的方法，其特征是，所述的喷射成形制备棒坯的在线控制工艺参数是，喷射流在沉积到基底表面之前的沉积距离为350～650mm，雾化器相对于基底可作定点扫描、往复水平运动，基底旋转速度60～100rpm，喷射流在沉积前和沉积物表面的最佳温度范围分别是固相线+20～+50℃和-20～+10℃。6.根据权利要求1所述的喷射成形制备棒坯，其特征是，存在一束或几束熔体喷射流，外加颗粒形成独立喷射流。全文摘要一种制备高性能高韧性精密异型金属管材的方法，属于金属及复合材料领域。先喷射成形制备半固态浆料，金属熔体通过以高压气体为工作介质的非限制式、多级雾化器形成液滴喷射流，沉积在运动的基底表面，制备大直径棒坯；后半固态成形，棒坯在感应线圈中加热，然后去除氧化皮，反向压入成形模具。本专利技术获得的有益效果是喷射成形半固态浆料生产效率高(铝合金，＞20kg/min)，操作简便，可连续生产，致密度＞99％，直径＞150mm，等轴晶平均晶粒度20～30μm，收得率＞85％；半固态成形的管材内径＞300mm、形状极其复杂、尺寸精确、组织精细，金属流动稳定，不会卷入氧化夹杂和空气，合格率＞99％，制件力学性能与锻件相当。文档编号B22F3/00GK1472026SQ03129158公开日2004年2月4日 申请日期2003年6月10日 优先权日2003年6月10日专利技术者张豪, 张 豪 申请人:张豪, 张 豪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备高性能高韧性精密异型金属管材的方法，包括喷射成形和半固态成形，其特征在于，第一阶段采用喷射成形制备棒坯，金属熔体通过以高压气体为工作介质的非限制式、多级雾化器形成稳定而密集的液滴喷射流，按照沉积物表面温度和喷射流在沉积前的物理状态的最佳范围，在线控制工艺参数，喷射流沉积在运动基底的表面，制备大直径棒坯；第二阶段为半固态成形，棒坯在感应线圈内按照设定的曲线快速加热，然后去除氧化皮，反向压铸填充成形模具。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：张豪，
申请(专利权)人：张豪，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]