專利名稱：雙重強制均勻化制備金屬漿料的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種雙重強制均勻化制備金屬漿料的裝置，通過該裝置可獲得制造均質細晶鑄件的金屬合金漿料，屬于有色金屬鑄造和加工技術領域。
背景技術：
傳統(tǒng)的金屬鑄造和加工技術通常都針對過熱熔體或固態(tài)金屬，比如壓鑄、連鑄和液態(tài)模鍛等，要求金屬液過熱80°C以上，太低的澆注溫度，就面臨流動性差和澆不足，裂紋、偏析等缺陷；擠壓成形則只針對固態(tài)的少數(shù)變形合金，多數(shù)合金由于其粗大的樹枝晶骨架組織極易斷裂而無法實現(xiàn)。近年來，金屬的半固態(tài)加工技術成為了研究熱點，它是對含有部 分球形固相的半固、半液態(tài)金屬實現(xiàn)加工成形，從而獲得優(yōu)質的非枝晶組織鑄件。為了得到這種含有部分球形固相的半固態(tài)金屬漿料，人們發(fā)明了多種制備方法，比如電磁攪拌、各種機械攪拌、超聲振動等等。但是，這些方法與裝置都沒能同時滿足以下幾方面的要求I、對金屬漿料的剪切強度足夠大，能產生紊流效果；2、除了制備半固態(tài)漿料外，還注重對低溫熔體的強制均勻化處理與成形。這種均質熔體加工成形消除了缺陷，改善了充填性和晶粒度；3、由于發(fā)明裝置都有一定的體積而無法接近加工設備，這就要求金屬漿料在有一定傳輸距離的過程中，攪拌的均勻化效果不削弱，甚至能得到增強；4、所制備金屬漿料供給的流量和壓力等能夠合理控制。

實用新型內容為了解決現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提出了一種簡便易行且應用廣、功能全，集以上期待要求于一身的新型技術。本實用新型主要通過以下技術方案來實現(xiàn)一種雙重強制均勻化制備金屬漿料的裝置，包括控制桿、預制腔、主線圈、出料管、副線圈、熱電偶、漿料出口、集渣槽、進液管、加熱及保溫層、熱電偶、合金入口、液面高度傳感器和氣壓管等，其中，控制桿為徑向對稱體位于預制腔正中心，周圍分布進液管、液面高度傳感器和氣壓管等；出料管位于預制腔下部，橫向布置；主線圈和副線圈分別布置在預制腔和出料管的保溫層外部，金屬熔體(包括合金熔體)在預制腔中經受主線圈產生的電磁攪拌和/或控制桿自轉的機械攪拌作用，進行強制均勻化預處理；還在出料管中二次經受副線圈的強化攪拌作用。預制腔中的金屬熔體可分別或同時經受主線圈產生的電磁攪拌或控制桿自轉的攪拌作用，尤其是當電磁力方向和控制桿自轉方向相反、控制桿外緣和預制腔間的縫隙很窄時，裝置對金屬熔體能產生超強的剪切、極高的紊流作用；進一步地，金屬熔體在出料管中繼續(xù)經受副線圈的二次攪拌，這種雙重強制均勻化對熔體的均質效果更持久、顯著。出料管是橫向布置，使?jié){料出口可向任意方向供料而不受預制腔體積的限制，同時流量更易控制。本實用新型的裝置中，控制桿的下端為圓錐形閥頭，控制桿的中段為柱狀的徑向對稱體，在其外緣設有突起或槳葉構造以利于攪拌作用；控制桿可以自轉或上下運動，通過圓錐形閥頭來調節(jié)熔體向出料管的供給流量；控制桿中段的直徑可以變化，以調整外緣與預制腔的縫隙距離。液面高度傳感器實時提供熔體液面高度和壓力信號，通過氣壓管送入保護氣體，在預制腔上部形成正壓或負壓，進一步控制漿料出口的流量。集渣槽位于預制腔的底部、進液管的下方，進液管的下端口可沒入集渣槽的熔體中；進液管上端的合金入口打開時用于補充金屬熔體(金屬液)，關閉時用于保壓。出料管橫向布置，根據(jù)不同場合的需要可以向上或向下傾轉一定角度，或整體順時針或逆時針水平旋轉一定角度，使?jié){料出口可向任意方向供料或移動而不受預制腔體積的限制，同時流量更易控制。加熱及保溫層包覆在整個預制腔和出料管外部，熱電偶設置在加熱及保溫層內，溫度由熱電偶實時控制。裝置整體的溫度可控。當進行低溫均質熔體的制備與加工時，預制腔及出料管中金屬熔體溫度須控制在液相線溫度Ttl 1+501 (Ts為固相線溫度，Ttl液相線溫度)范圍內；當進行半固態(tài)漿料的制備與加工時，預制腔及出料管中金屬熔體溫度須控制在固相線溫度Ts Ttl的范圍內。漿料出口可連接到任何加工設備，由漿料出口提供的金屬漿料須控制在Ts 1+501的溫度范圍內加工成形。加工設備包括壓鑄機、鑄軋機、連鑄機、模鍛機和擠壓機
坐 寸o采用本實用新型的裝置，按照如下的加工成形方法獲得的金屬漿料，可獲得均質細晶的鑄件。采用本裝置制備金屬漿料包括如下步驟(I)首先啟動裝置的加熱設備(熱電偶)，使控制桿閥頭向下處于關閉位置，設定預制腔溫度和出料管溫度；(2)當預制腔及出料管內的溫度達到并穩(wěn)定在設定溫度時，從氣壓管送入保護氣體，從進液管注入金屬熔體，液面高度由液面?zhèn)鞲衅鲗崟r監(jiān)控；(3)當液面達到預制腔2/3高度時，啟動主線圈電磁攪拌和控制桿自轉攪拌；提升控制桿，使金屬熔體充滿出料管并進行二次電磁攪拌，同時連續(xù)從進液管送料以維持液面高度在預制腔2/3處。漿料出口流出得到雙重強制均勻化制備的金屬漿料。在漿料出口處連接有水平的鑄軋嘴，經復合、雙重攪拌的均勻化合金熔體由鑄嘴連續(xù)流向軋輥進行均質細晶的板材鑄車L。本實用新型先采用自轉的控制桿和主線圈感應的旋轉電磁場的復合攪拌方法，對預制腔中的金屬熔體實施強制均勻化預處理，均質熔體隨后在橫向供料的出料管中再次經歷副線圈產生的電磁攪拌強化處理。成形前，熔體漿料的供給及流動壓力可由控制桿及氣壓管分別控制；預制腔中的液面高度可由液面高度傳感器實時監(jiān)控。最后，經強制均勻化處理的金屬漿料(包括低溫熔體或半固態(tài)漿料)從漿料出口供向傳統(tǒng)加工設備實現(xiàn)加工成形。本實用新型具有以下優(yōu)點I、本實用新型將機械與電磁攪拌復合為一體，能對熔體漿料產生強剪切、高紊流作用。同時，補充了漿料傳輸過程中的二次強化電磁攪拌，雙重強制均勻化對熔體的均質效果更持久、顯著。2、可以制備均質合金熔體和半固態(tài)漿料，應用范圍廣泛。3、可以定量控制金屬漿料供料時的流量和壓力。4、橫向澆道設計能使?jié){料方便向多角度和方向供料，適合與各種鑄造、加工設備連接。5、整個裝置結構簡單緊湊，使用方便靈活，容易控制。下面通過附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步說明，但并不意味著對本實用新型保護范圍的限制。

圖I為本實用新型裝置的結構示意圖。圖2是實施例I獲得的AZ31鎂合金板材的金相組織圖。圖3是實施例2獲得的AZ91D鎂合金壓鑄件的金相組織圖。附圖標記說明I控制桿 8集渣槽2預制腔 9進液管3主線圈 10加熱及保溫層4出料管 11熱電偶5副線圈 12合金入口6熱電偶 13液面高度傳感器7漿料出口 14氣壓管
具體實施方式
如圖I所示，為本實用新型裝置的結構示意圖。本實用新型的雙重強制均勻化制備金屬漿料的裝置，是一種金屬均質熔體或半固態(tài)漿料的制備及供給裝置，包括控制桿I、預制腔2、主線圈3、出料管4、副線圈5、熱電偶6、漿料出口 7、集渣槽8、進液管9、加熱及保溫層10、熱電偶11、合金入口 12、液面高度傳感器13和氣壓管14，其中，控制桿I為徑向對稱體位于預制腔2正中心，周圍分布進液管9、液面高度傳感器13和氣壓管14等；出料管4位于預制腔2下部，橫向布置；主線圈3和副線圈5分別布置在預制腔2和出料管4的保溫層外部，預制腔2中的金屬熔體可分別或同時經受主線圈3產生的電磁攪拌或控制桿自轉的機械攪拌作用，進行強制均勻化預處理；金屬熔體在出料管4中還二次經受了副線圈5的強化攪拌作用。具體地，控制桿I下端是圓錐形閥頭。除了能自轉外，控制桿I還可以上下運動，通過閥頭來調節(jié)熔體向出料管的供給流量，控制熔體供給；控制桿I中段為柱狀的徑向對稱體，可在其外緣有突起或槳葉構造以利于攪拌作用；控制桿I中段的直徑可以變化，以調整外緣與預制腔2的縫隙距離。集渣槽8位于預制腔2底部、進液管9的下方，進液管9的下端口可沒入集渣槽8的熔體中；進液管9上端的合金入口 12可打開補充金屬液，或關閉時保壓。當制備半固態(tài)漿料時，為彌補自然流動性的不足，設計了加壓管。根據(jù)液面高度傳感器13實時提供的液面高度和壓力信號，控制氣壓管14中的保護氣體在預制腔2上部形成正壓或負壓，調節(jié)漿料供給壓力，進一步控制漿料出口的流量。出料管4橫向布置，根據(jù)不同場合的需要可以向上或向下傾轉一定角度，或整體順時針(或逆時針)水平旋轉一定角度，使?jié){料出口可向任意方向供料或移動而不受預制腔2體積的限制，同時流量更易控制。整個預制腔2及出料管4外部包覆有加熱及保溫層10，加熱及保溫層10內設有熱電偶11、6，溫度由熱電偶11、6實時控制。當進行低溫均質熔體的制備與加工時，預制腔2及出料管4中金屬液溫度須控制在液相線溫度Ttl !>501范圍內；當進行半固態(tài)漿料的制備與加工時，預制腔2及出料管4中金屬漿料溫度須控制在固相線溫度Ts Ttl的范圍內。漿料出口 7可連接到任何加工設備，由漿料出口 7提供的金屬漿料須控制在Ts 1+501的溫度范圍內加工成形。加工設備包括壓鑄機、鑄軋機、連鑄機、模鍛機和擠壓機等。[0052]采用本實用新型的裝置可獲得均質細晶鑄件的金屬漿料，包括如下步驟(I)首先啟動裝置的加熱設備，即熱電偶6、11，使控制桿I閥頭向下處于關閉位置，設定預制腔2溫度和出料管4溫度；(2)當預制腔2及出料管4內的溫度達到并穩(wěn)定在設定溫度時，從氣壓管14送入保護氣體，從進液管9注入金屬熔體，液面高度由液面?zhèn)鞲衅?3實時監(jiān)控；(3)當液面達到預制腔2的2/3高度時，啟動主線圈3電磁攪拌和控制桿I自轉攪拌；提升控制桿1，使金屬熔體充滿出料管4并進行二次電磁攪拌，同時連續(xù)從進液管9送料以維持液面高度在預制腔2的2/3處。在漿料出口處連接有水平的鑄軋嘴，經復合、雙重攪拌的均勻化合金熔體由鑄嘴連續(xù)流向軋輥進行均質細晶的板材鑄軋。實施例I本實施例是本實用新型方法應用于雙棍水平流變鑄軋AZ31鎂合金板首先啟動裝置的加熱設備，即熱電偶6、11，使控制桿I閥頭向下處于關閉位置。設定預制腔2溫度為645°C、出料管4溫度為635°C。當預制腔2及出料管4內的溫度達到并穩(wěn)定在設定溫度時，從氣壓管14送入保護氣體，從進液管9注入650°C的AZ31鎂合金液體，液面高度由液面?zhèn)鞲衅?3實時監(jiān)控。當液面達到預制腔2的2/3高度時，啟動主線圈3電磁攪拌和控制桿I自轉攪拌。提升控制桿I，使熔體充滿出料管4并進行二次電磁攪拌。同時，連續(xù)從進液管9送料以維持液面高度在預制腔2的2/3處。在漿料出口 7處連接有水平的鑄軋嘴，經復合、雙重攪拌的均勻化合金熔體由鑄嘴連續(xù)流向軋輥進行板材鑄軋。本實施例獲得的AZ31鎂合金板材具有均質細晶的特點，其金相組織如圖2所示，淺色區(qū)域為初生a -Mg細晶組織，深色區(qū)域為共晶組織。實施例2[0062]本實施例是本實用新型方法應用于流變壓鑄AZ91D鎂合金鑄件首先啟動裝置的加熱設備，即熱電偶6、11，使控制桿I閥頭向下處于關閉位置。設定預制腔2溫度為605°C、出料管4溫度為595°C。當預制腔2及出料管4內的溫度達到并穩(wěn)定在設定溫度時，從氣壓管14送入保護氣體，從進液管9注入610°C的AZ91鎂合金液體，液面高度由液面?zhèn)鞲衅?3實時監(jiān)控。當液面達到預制腔2的2/3高度時，啟動主線圈3電磁攪拌和控制桿I自轉攪拌。提升控制桿1，使?jié){料充滿出料管4并進行二次電磁攪拌。同時，繼續(xù)從進液管9送料以維持液面高度在預制腔2的2/3處。在漿料出口 7處連接有向下的彎管，以便與壓鑄機的壓射室相連接。半固態(tài)漿料向壓射室供料的流量和壓力可由氣壓管加壓得到改善。最后，經復合、雙重攪拌的半固態(tài)漿料在高壓下壓鑄成均質細晶的半固態(tài)鑄件。本實施例獲得的AZ91D鎂合金壓鑄件具有均質細晶的特點，其金相組織如圖3所示，淺色區(qū)域為初生a -Mg細晶組織，深色區(qū)域為共晶組織。 本實用新型采用復合和雙重攪拌產生的強制均勻化原理制備金屬熔體以及半固態(tài)漿料，裝置可以連接到多種傳統(tǒng)加工設備，比如壓鑄機、鑄軋機、連鑄機、模鍛機、擠壓機等，實現(xiàn)強制均勻化熔體的各種加工成形。本實用新型裝置簡單易行，低溫熔體(液相線溫度Ttl Tq+50°C )或半固態(tài)漿料(固相線溫度Ts Ttl)經復合及二次強化攪拌后均勻化效果顯著，可獲得比傳統(tǒng)裝置加工合金的成分更均勻、晶粒更細小的優(yōu)質鑄件。
權利要求1.一種雙重強制均勻化制備金屬漿料的裝置，其特征在于它包括控制桿、預制腔、主線圈、出料管、副線圈、熱電偶、漿料出口、集渣槽、進液管、加熱及保溫層、熱電偶、合金入口、液面高度傳感器和氣壓管，所述的控制桿為徑向對稱體位于所述預制腔正中心，其周圍分布進液管、液面高度傳感器和氣壓管；出料管位于預制腔下部，橫向布置；主線圈和副線圈分別布置在預制腔和出料管的保溫層外部，金屬熔體在預制腔中經受主線圈產生的電磁攪拌和/或控制桿自轉的機械攪拌，還在出料管中二次經受副線圈的強化攪拌。
2.根據(jù)權利要求I所述的雙重強制均勻化制備金屬漿料的裝置，其特征在于所述控制桿的下端為圓錐形閥頭，所述控制桿的中段為柱狀的徑向對稱體，在其外緣設有突起或槳葉；控制桿可自轉或上下運動。
3.根據(jù)權利要求I所述的雙重強制均勻化制備金屬漿料的裝置，其特征在于通過氣壓管送入保護氣體，在預制腔上部形成正壓或負壓。
4.根據(jù)權利要求I所述的雙重強制均勻化制備金屬漿料的裝置，其特征在于所述集渣槽位于預制腔的底部、進液管的下方，所述進液管的下端口沒入集渣槽的熔體中；進液管上端的合金入口打開時補充金屬液，關閉時保壓。
5.根據(jù)權利要求I所述的雙重強制均勻化制備金屬漿料的裝置，其特征在于所述的出料管可向上或向下傾轉，或整體順時針或逆時針水平旋轉。
6.根據(jù)權利要求I所述的雙重強制均勻化制備金屬漿料的裝置，其特征在于所述的加熱及保溫層包覆在所述的預制腔和出料管外部，所述的熱電偶設置在加熱及保溫層內。
7.根據(jù)權利要求I所述的雙重強制均勻化制備金屬漿料的裝置，其特征在于所述的預制腔和出料管中金屬熔體的處理溫度控制在Ts ！>501的范圍內。
8.根據(jù)權利要求I所述的雙重強制均勻化制備金屬漿料的裝置，其特征在于所述的漿料出口連接到加工設備，由漿料出口提供的金屬漿料在Ts ！>501的溫度范圍內加工成形。
9.根據(jù)權利要求8所述的雙重強制均勻化制備金屬漿料的裝置，其特征在于所述的加工設備包括壓鑄機、鑄軋機、連鑄機、模鍛機和擠壓機。
專利摘要本實用新型涉及一種雙重強制均勻化制備金屬漿料的裝置，包括控制桿、預制腔、主線圈、出料管、副線圈、熱電偶、漿料出口、集渣槽、進液管、加熱及保溫層、熱電偶、合金入口、液面高度傳感器和氣壓管等，控制桿為徑向對稱體位于預制腔正中心，周圍分布進液管、液面高度傳感器和氣壓管等；出料管位于預制腔下部，橫向布置；主線圈和副線圈分別布置在預制腔和出料管的保溫層外部，金屬熔體在預制腔中經受主線圈產生的電磁攪拌和/或控制桿自轉的機械攪拌作用；在出料管中二次經受副線圈的強化攪拌作用。本實用新型裝置和方法簡單易行，金屬熔體經復合及二次強化攪拌后均勻化效果顯著，可獲得比傳統(tǒng)方法加工合金的成分更均勻、晶粒更細小的優(yōu)質鑄件。
文檔編號B22D27/02GK202387944SQ20112054858
公開日2012年8月22日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權日2011年12月23日
發(fā)明者劉國鈞, 徐駿 申請人:北京有色金屬研究總院