專利名稱：一種連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料的裝置及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料的裝置及應(yīng)用，屬于金屬流變學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
制漿是半固態(tài)成形技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。目前，金屬半固態(tài)制漿的方法主要有:機(jī)械攪拌法、紊流效應(yīng)法、激冷形核法、粉末冶金法、噴射成型法、電磁攪拌法、超聲波和近液相法澆鑄法等不同的制漿方法。它們對(duì)應(yīng)著不同的枝晶向球形晶粒轉(zhuǎn)化的機(jī)制。加工技術(shù)的生產(chǎn)過程中采用的工藝路線有:以電磁攪拌連續(xù)鑄造等方法制備金屬半固態(tài)枉料，根據(jù)需要再將枉料定尺切割成錠料，把錠料放入二次加熱設(shè)備進(jìn)行二次加熱部分重熔，待錠料恢復(fù)到半固態(tài)狀態(tài)時(shí)，將其放入壓鑄機(jī)的壓室中進(jìn)行半固態(tài)壓鑄成型。該工藝的加工流程較長(zhǎng)，工藝較復(fù)雜，需要二次加熱，且工藝過程難以有效控制，成本較高，在一定程度上限制了該工藝技術(shù)的大范圍使用。而且半固態(tài)流變成形則符合加工短流程的要求，即以某種方法制備出固液混成的半固態(tài)漿料，然后直接把這些漿體放入壓室中加工成形。
現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)文獻(xiàn)表明，半固態(tài)漿料的制備方法都是通過一定的方式打斷枝晶，使斷裂的部分枝晶重新作為晶核，最終形成半固態(tài)組織。但是現(xiàn)有技術(shù)得到半固態(tài)組織較粗大，仍有部分枝晶或薔薇狀組織。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料的裝置及應(yīng)用，克服傳統(tǒng)半固態(tài)制備過程中依靠單一的方法(激冷形核或攪拌打斷枝晶)制備半固態(tài)晶粒時(shí)包含很多薔薇狀和枝晶狀的問題；本裝置制備的半固態(tài)坯料可以直接送入連鑄連軋機(jī)，不僅實(shí)現(xiàn)半固態(tài)坯料的連續(xù)制備，還可以解決連鑄連軋過程容易出現(xiàn)的開裂等問題。
本發(fā)明連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料的裝置的結(jié)構(gòu)由坩堝漏斗1、攪拌裝置、坯料成型裝置和支架3組成，支架3上自上往下依次固定有坩堝漏斗1、攪拌裝置和坯料成型裝置，攪拌裝置由兩根水平設(shè)置的攪拌棒平行排列組成，其中一根攪拌棒為帶刺攪拌棒5、另一根為通水冷卻筒4 ;坯料成型裝置由底部有漏斗10的坩堝6和帶槽的冷凝傳動(dòng)輪裝置11組成，帶槽的冷凝傳動(dòng)輪裝置11位于坩堝6的漏斗10的下方。
所述坩堝漏斗I的外部有保溫裝置，保溫裝置可以為保溫爐A2。坩堝漏斗I可以為V形，下底有直徑為5 IOcm的漏洞。所述坯料成型裝置的坩堝外部有保溫裝置，保溫裝置可以為保溫爐B9。
所述攪拌裝置的通水冷卻筒4和帶刺攪拌棒5由電機(jī)7帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方式為相互圍繞彼此公轉(zhuǎn)。
所述攪拌裝置的通水冷卻筒4和帶刺攪拌棒5之間的距離為20 50cm。
所述攪拌裝置與坩堝漏斗的距離為10 20cm，攪拌裝置與坯料成型裝置的距離為 50 80cm。
所述攪拌裝置上的帶刺攪拌棒5上面分布不規(guī)則的實(shí)心圓錐棒，圓錐的高度為2 10cm。
本發(fā)明連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料裝置的應(yīng)用為: (1)將坩堝漏斗I的溫度調(diào)整為金屬的固相線和液相線溫度區(qū)間，攪拌裝置調(diào)整轉(zhuǎn)速為50 300r/min，坯料成型裝置的坩堝6的溫度調(diào)整為金屬固相線和液相線溫度區(qū)間； (2)將金屬加熱至其液相線溫度以上5 30°C，保溫5 15min時(shí)間，然后將金屬液澆入坩堝漏斗I中，金屬液從坩堝漏斗I中流出經(jīng)過攪拌裝置、坩堝6，最終流至帶槽的冷凝傳動(dòng)輪11后得到連續(xù)制得的金屬半固態(tài)坯料。制得的半固態(tài)坯料可以源源不斷的供給連鑄連軋機(jī)。攪拌裝置由通有冷卻水的空心圓柱鋼筒的極冷作用使金屬液變成糊狀，再通過帶刺攪拌棒的攪拌作用形成半固態(tài)漿料。
所述金屬為一切適用于半固態(tài)方法制備坯料的純金屬或合金。例如鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、銅及銅合金。
所述帶槽的冷凝傳動(dòng)輪11的轉(zhuǎn)速與后續(xù)要連接的連鑄連軋機(jī)的轉(zhuǎn)速一致、傳動(dòng)輪的長(zhǎng)度根據(jù)連鑄連軋機(jī)需要的坯料的溫度和形態(tài)相關(guān)，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，供應(yīng)的坯料溫度越低。
本發(fā)明的有益效果是:請(qǐng)補(bǔ)充本裝置與最接近現(xiàn)有技術(shù)的裝置相比，優(yōu)點(diǎn)是金屬液通過通水冷卻裝置可獲得游離粒晶組織，還有部分液相存在濃度梯度和成分過冷，仍有少部分的枝晶或薔薇組織生成。而本發(fā)明中通水冷卻下面的帶刺攪拌棒會(huì)將殘留的枝晶或薔薇組織打斷成新的晶核，最終形成只有球狀組織的半固態(tài)漿料；裝置上的坯料成型裝置可以將半固態(tài)漿料直接送入連鑄連軋機(jī)，克服連鑄連軋機(jī)制備的成品容易出現(xiàn)的開裂問題。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的鋁合金A356半固態(tài)組織50倍金相組織圖。
圖中:1-坩堝漏斗，2-保溫爐A，3-支架，4-通水冷卻筒，5_帶刺攪拌棒，6_坩堝，7-電機(jī)，8-圓錐棒，9-保溫爐B，10-漏斗，11-帶槽的冷凝傳動(dòng)輪。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施方式一:本實(shí)施例的連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料的裝置如圖1所示，結(jié)構(gòu)由坩堝漏斗1、攪拌裝置、坯料成型裝置和支架3組成，支架3上自上往下依次固定有坩堝漏斗1、攪拌裝置和坯料成型裝置，攪拌裝置由兩根水平設(shè)置的攪拌棒平行排列組成，其中一根攪拌棒為帶刺攪拌棒5、另一根為通水冷卻筒4 ;坯料成型裝置由底部有漏斗10的坩堝6和帶槽的冷凝傳動(dòng)輪裝置11組成，帶槽的冷凝傳動(dòng)輪裝置11位于坩堝6的漏斗10的下方。坩堝漏斗I的外部有保溫裝置，保溫裝置為保溫爐A2。坩堝漏斗I為V形，下底有直徑為5cm的漏洞。坩堝6外部有保溫裝置，保溫裝置為保溫爐B9。攪拌裝置的通水冷卻筒4和帶刺攪拌棒5由電機(jī)7帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方式為相互圍繞彼此公轉(zhuǎn)。攪拌裝置的通水冷卻筒4和帶刺攪拌棒5之間的距離為20cm。攪拌裝置與坩堝漏斗的距離為10cm，攪拌裝置與坯料成型裝置的距離為50cm。攪拌裝置上的帶刺攪拌棒5上面分布不規(guī)則的實(shí)心圓錐棒，圓錐的高度為10cm。
本實(shí)施例連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料裝置的應(yīng)用為: (1)將坩堝漏斗I的溫度調(diào)整為595°c，攪拌裝置調(diào)整轉(zhuǎn)速為lOOr/min，坯料成型裝置的坩堝6的溫度調(diào)整為595°C ； (2)將A356鋁合金加熱至700°C，保溫15min時(shí)間，然后將金屬澆入坩堝漏斗I中，金屬從坩堝中流出依次經(jīng)過攪拌裝置、坩堝6，最終流至帶槽的冷凝傳動(dòng)輪11后得到連續(xù)制得的金屬半固態(tài)坯料。制得的半固態(tài)坯料可以源源不斷的供給連鑄連軋機(jī)。
最終得到的半固態(tài)組織如圖2所示。
實(shí)施方式二:本實(shí)施例的連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料的裝置結(jié)構(gòu)由坩堝漏斗1、攪拌裝置、坯料成型裝置和支架3組成，支架3上自上往下依次固定有坩堝漏斗1、攪拌裝置和坯料成型裝置，攪拌裝置由兩根水平設(shè)置的攪拌棒平行排列組成，其中一根攪拌棒為帶刺攪拌棒5、另一根為通水冷卻筒4 ;坯料成型裝置由底部有漏斗10的坩堝6和帶槽的冷凝傳動(dòng)輪裝置11組成，帶槽的冷凝傳動(dòng)輪裝置11位于坩堝6的漏斗10的下方。坩堝漏斗I的外部有保溫裝置。坩堝漏斗I為V形，下底有直徑為8cm的漏洞。所述坯料成型裝置的坩堝6外部有保溫裝置。攪拌裝置的通水冷卻筒4和帶刺攪拌棒5由電機(jī)7帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方式為相互圍繞彼此公轉(zhuǎn)。攪拌裝置的通水冷卻筒4和帶刺攪拌棒5之間的距離為50cm。攪拌裝置與坩堝漏斗的距離為20cm，攪拌裝置與坯料成型裝置的距離為80cm。攪拌裝置上的帶刺攪拌棒5上面分布不規(guī)則的實(shí)心圓錐棒，圓錐的高度為2cm。
本實(shí)施例連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料裝置的應(yīng)用為: (1)將坩堝漏斗I的溫度調(diào)整為630°c，攪拌裝置調(diào)整轉(zhuǎn)速為50r/min，坯料成型裝置的坩堝6的溫度調(diào)整為630°C ； (2)將ZLl14A鋁合金加熱至其710°C，保溫IOmin時(shí)間，然后將液態(tài)的ZLl 14A鋁合金澆入坩堝漏斗I中，金屬從坩堝中流出經(jīng)過攪拌裝置、坩堝6，最終流至帶槽的冷凝傳動(dòng)輪11后得到連續(xù)制得的金屬半固態(tài)坯料。制得的半固態(tài)坯料可以源源不斷的供給連鑄連軋機(jī)。
實(shí)施方式三:本實(shí)施例的連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料的裝置如圖1所示，結(jié)構(gòu)由坩堝漏斗1、攪拌裝置、坯料成型裝置和支架3組成，支架3上自上往下依次固定有坩堝漏斗1、攪拌裝置和坯料成型裝置，攪拌裝置由兩根水平設(shè)置的攪拌棒平行排列組成，其中一根攪拌棒為帶刺攪拌棒5、另一根為通水冷卻筒4 ;坯料成型裝置由底部有漏斗10的坩堝6和帶槽的冷凝傳動(dòng)輪裝置11組成，帶槽的冷凝傳動(dòng)輪裝置11位于坩堝6的漏斗10的下方。坩堝漏斗I的外部有保溫裝置，保溫裝置為保溫爐A2。坩堝漏斗I為V形，下底有直徑為IOcm的漏洞。所述坯料成型裝置為不同形狀的坩堝6組成，坩堝6外部有保溫裝置。攪拌裝置的通水冷卻筒4和帶刺攪拌棒5由電機(jī)7帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方式為相互圍繞彼此公轉(zhuǎn)。攪拌裝置的通水冷卻筒4和帶刺攪拌棒5之間的距離為30cm。攪拌裝置與坩堝漏斗的距離為15cm，攪拌裝置與坯料成型裝置的距離為60cm。攪拌裝置上的帶刺攪拌棒5上面分布不規(guī)則的實(shí)心圓錐棒，圓錐的高度為8cm。
本實(shí)施例連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料裝置的應(yīng)用為: (1)將坩堝漏斗I的溫度調(diào)整為1090°c，攪拌裝置調(diào)整轉(zhuǎn)速為300r/min，坯料成型裝置的坩堝6的溫度調(diào)整為1090°C ； (2)將Cu-wtlO%Zn銅鋅合金加熱1200°C，保溫5min時(shí)間，然后將Cu_wtlO%Zn銅鋅合金澆入坩堝漏斗I中，金屬從坩堝漏斗I中流出依次經(jīng)過攪拌裝置、坩堝6，最終流至帶槽的冷凝傳動(dòng)輪11后得到連續(xù)制備的金屬半固態(tài)坯料。
以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料的裝置，其特征在于:由坩堝漏斗(I)、攪拌裝置、坯料成型裝置和支架(3)組成，支架(3)上自上往下依次固定有坩堝漏斗(I )、攪拌裝置和坯料成型裝置，攪拌裝置由兩根水平設(shè)置的攪拌棒平行排列組成，其中一根攪拌棒為帶刺攪拌棒(5)、另一根為通水冷卻筒(4);坯料成型裝置由底部有漏斗(10)的坩堝(6)和帶槽的冷凝傳動(dòng)輪裝置(11)組成，帶槽的冷凝傳動(dòng)輪裝置(11)位于坩堝(6)的漏斗(10)的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料的裝置，其特征在于:所述坩堝漏斗(I)和坯料成型裝置的外部均有保溫裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料的裝置，其特征在于:所述攪拌裝置的通水冷卻筒(4)和帶刺攪拌棒(5)由電機(jī)(7)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方式為相互圍繞彼此公轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料的裝置，其特征在于:所述攪拌裝置的通水冷卻筒(4)和帶刺攪拌棒(5)之間的距離為20 50cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料的裝置，其特征在于:所述攪拌裝置與坩堝漏斗(I)的距離為10 20cm，攪拌裝置與坯料成型裝置的距離為50 80cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料的裝置，其特征在于:所述攪拌裝置上的帶刺攪拌棒(5)上面分布不規(guī)則的實(shí)心圓錐棒，圓錐的高度為2 10cm。
7.—種如權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料的裝置的應(yīng)用，其特征在于具體步驟包括如下: (1)將坩堝漏斗(I)的溫度調(diào)整為金屬的固相線和液相線溫度區(qū)間，攪拌裝置調(diào)整轉(zhuǎn)速為50 300r/min，坯料成型裝置的坩堝(6)的溫度調(diào)整為金屬固相線和液相線溫度區(qū)間； (2)將金屬加熱至其液相線溫度以上5 30°C，保溫5 15min時(shí)間，然后將金屬液澆入坩堝漏斗(I)中，金屬液從坩堝漏斗(I)中流出依次經(jīng)過攪拌裝置、坩堝(6)，最終流至帶槽的冷凝傳動(dòng)輪(11)后得到連續(xù)制備的金屬半固態(tài)坯料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料的裝置的應(yīng)用，其特征在于:所述金屬為一切適用于半固態(tài)方法制備坯料的純金屬或合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種連續(xù)制備金屬半固態(tài)坯料的裝置及應(yīng)用，屬于金屬流變學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。裝置的結(jié)構(gòu)由坩堝漏斗、攪拌裝置、坯料成型裝置和支架組成，支架上自上往下依次固定有坩堝漏斗、攪拌裝置和坯料成型裝置，攪拌裝置由兩根攪拌棒平行排列組成，其中一根攪拌棒為帶刺攪拌棒、另一根為通水冷卻筒；裝置的應(yīng)用是將金屬液澆入坩堝漏斗，金屬液經(jīng)過水平放置的攪拌裝置的攪拌后，經(jīng)過坩堝流至帶槽的冷凝傳動(dòng)輪。本發(fā)明克服傳統(tǒng)半固態(tài)制備過程中依靠單一的方法制備半固態(tài)晶粒時(shí)包含很多薔薇狀和枝晶狀的問題；本裝置制備的半固態(tài)坯料可以直接送入連鑄連軋機(jī)，不僅實(shí)現(xiàn)半固態(tài)坯料的連續(xù)制備，還可以解決連鑄連軋過程容易出現(xiàn)的開裂等問題。
文檔編號(hào)B22D11/04GK103170593SQ20131011707
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者周榮鋒, 靳志力, 白玉鑫, 蔣業(yè)華, 周榮 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)