專利名稱：一種采用澆道自攪拌技術制備半固態漿料的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及半固態合金技術領域，具體涉及一種采用澆道自攪拌技術制備半固態漿 料的方法及設備。
背景技術：
自上個世紀七十年代美國麻省理工學院(MIT)提出半固態成型概念以來，半固態 金屬加工技術受到國際材料界的廣泛關注，已成為當今最活躍的研究領域之一。與傳統 鑄造相比，半固態成形技術不但綜合了鑄造成形和鍛壓成形的優點，而且可使鑄件在凝 固過程中收縮量減少，組織中消除了柱狀晶和粗大的樹枝晶，鑄件組織細密均勻，缺陷 和宏觀偏析明顯減少，容易近凈形生產復雜零件。被譽為最具前景的21世紀綠色加工 技術。半固態金屬加工技術一般由制漿、流變成形或二次加熱與觸變成形幾個環節組成， 其中制漿是整個過程的基礎與關鍵，其目的是獲得適于半固態成形的均勻細小等軸的結 晶組織。國內外研究者在此方面作了大量研究工作，提出了許多制漿方法或思想(見康 永林、毛為民、胡壯麒編著《金屬材料半固態加工理論與技術》，北京，科學出版社， 2004)。其中主要包括1. 機械攪拌法。此法是最早采用的方法，其原理是利用旋轉葉片或攪拌棒將凝固中 的初生相枝晶打碎，獲得半固態漿料。機械攪拌流變鑄造裝置一般分為連續式與間歇式， 間歇式多用于實驗室研究，而連續流變鑄造法可用于工業化生產。機械攪拌法可以獲得很高的剪切速率，有利于形成微小的球形微觀組織。機械攪拌法存在下列缺點(1)存在攪拌死角，影響漿料均勻性；(2)高速攪拌條件下，攪拌室和攪拌棒的壽命短，而且 容易污染合金液，降低半固態合金漿料或坯料的內部質量；(3)設備笨重、操作困難、 生產效率低。2. 電磁攪拌法。為了克服機械攪拌法的諸多缺點，發展了電磁攪拌法。電磁攪拌法 按磁場方向非為水平式與垂直式，按磁場發生方式又可以分為交變式與旋轉永磁體法，后者的優點是磁場強度高，金屬可產生三維流動，攪拌效果好。電磁攪拌技術相對比較成熟，已經在工業化生產中得到應用，但通常認為該技術只適用于直徑小于150mm的坯錠；此外為了獲得細小和球轉初生晶，需要電磁攪拌的功率很大，坯料的制備成本較高。
3. 應變誘導熔體活化技術(SIMA)。該技術是除電磁攪拌法外，目前工業上用于生產半固態漿料的另外一種方法，其原理是將常規鑄造枝晶組織在高溫下進行擠壓變形，破碎枝晶組織，再施加足夠的冷變形量后，加熱到兩相區；在加熱過程中，合金首先發生再結晶形成亞晶粒和亞晶界，隨后晶界處低熔點溶質元素和低熔點相熔化，導致近球形固相被低熔點液相包圍，形成半固態漿料。該技術對制備較高熔點的非枝晶組織合金具有獨特的優越性，但由于其工藝復雜，生產成本高，生產效率低，僅用于小規格坯料的生產。
4. 其他方法。除以上方法外，還有許多制漿技術出于研究或開發之中。如噴射沉積法、粉末冶金技術與二次加熱結合法、等溫處理法、超聲波處理法、被動攪拌法等，這些方法要么只適用于某些特殊產品，要么處于實驗室研究階段，尚未投入到工業生產。
申請號為200710062977.6的中國專利申請文件，介紹使用垂直的蛇形澆道制備半固態合金，這種澆道的攪拌效果相對較弱，組織不是太均勻。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于針對現有技術的上述不足，提供一種工藝簡單、生產成本低、效率高，適用范圍廣的采用澆道自攪拌技術制備半固態漿料的方法。
為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為一種采用澆道自攪拌技術制備半固態
漿料的方法，制備步驟包括
(1) 將合金在熔煉爐中進行熔煉，經過熔化、精煉、靜置，控制其過熱度為0~150
。C;
(2) 對蛇形澆道進行預熱，預熱溫度為200 300'C;將步驟(1)所得的過熱度為0 15(TC的合金液澆注到澆口杯內，金屬液沿著蛇形澆道依次經過垂直的澆道(管道)部、第一弧形彎道、第二弧形彎道和澆道底窩，然后經大致水平的內澆道流出，金屬液在蛇形澆道內的流動過程中自然翻巻、攪拌，從而制得半固態漿料。
5上述步驟(1)的合金在電阻爐內熔煉或在感應加熱爐內熔煉。上述步驟(2)中采用電阻絲對澆道進行烘烤預熱或采用氣體加熱方式對蛇形澆道 預熱。上述步驟(2)中的合金液在進入蛇形澆道之前還經過一個過濾器。本發明的一種采用澆道自攪拌技術制備半固態漿料的方法，它還包括上述步驟(l) 將合金在熔煉爐中進行熔煉的過程中采用覆蓋劑(覆蓋劑種類需要根據制備合金的種類選擇)或采用SF6與空氣的混合氣體(空氣+ (0.04 0.2) SF6)對合金進行保護。本發明的一種采用澆道自攪拌技術制備半固態漿料的方法，它還包括將過熱度為0 150'C的合金液澆注到澆口杯內之前和澆注過程中蛇形澆道內通入氬氣或通入氮氣或通入SF6與空氣的混合氣體。上述的合金為鋁合金，或鎂合金，或共晶鋅合金。本發明要解決的另一個技術問題是提供一種結構簡單、操作方便的上述一種采用澆 道自攪拌技術制備半固態槳料的方法所采用的裝置。為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為 一種采用澆道自攪拌技術制備半固 態漿料的方法所采用的裝置，它包括澆口杯，蛇形澆道，所述的澆口杯與蛇形澆道連通， 所述的蛇形澆道由垂直的澆道部、具有緩沖作用的第一弧形彎道、具有緩沖作用的第二 弧形彎道、設于蛇形澆道的底部下凹的澆道底窩、大致水平的內澆道順次連通構成；所 述的第一弧形彎道的前部低于其后部；所述的第二弧形彎道的前部低于其后部；所述的 第一弧形彎道位于垂直的澆道部的軸線延長線的右側，所述的第二弧形彎道位于大致垂 直的澆道部的軸線延長線的左側；所述的大致水平的內澆道略高于澆道底窩的上端口。上述的蛇形澆道的高度為100~500mm，根據合金的成分不同，可以選擇不同的高 度，從而確定合金液的攪拌強度，制備組織均勻細小的半固態漿料；蛇形澆道的直徑為 10 50rnrn，直徑太小，合金流動不暢，直徑太大，半固態漿料的組織不均勻；第一弧形 彎道前部的最低點與后部的最高點的垂直高度為蛇形澆道直徑的2~5倍，第二弧形彎道 前部的最低點與后部的最高點的垂直高度為蛇形澆道直徑的2~5倍，澆道底窩的深度為 直徑的0.5 2倍。本發明的裝置中的蛇形澆道的直徑大致一致，僅僅在拐彎處略有不同，上述的直徑均以大致一致的直徑為準，如垂直的澆道部的直徑。
本發明的上述裝置，在蛇形澆道入口處設有過濾器，可以濾去合金液中的夾雜物。過濾器為纖維質的過濾網或陶瓷過濾片，孔徑尺寸均勻且規格為1.5 2.0mrn的過
濾網或陶瓷過濾片為宜，同時過濾器要有一定的耐火度，強度和柔韌性，發氣量要盡可能小。
上述的蛇形澆道內壁可以涂刷厚度為0.2~0.5mm的防護涂料；涂料種類需根據合金成分選擇。
本發明的蛇形澆道的材質為石墨或陶瓷或不銹鋼或低碳鋼或鑄鐵。
本發明的蛇形澆道一般做成"分體式"的兩部分(每一部分如圖1所示)，澆注時
組合成完整的澆道，這樣澆注完成后殘留在澆道內的合金很容易取出，也方便在蛇形澆
道的內壁涂刷或噴涂涂料。
本發明的一種采用澆道自攪拌技術制備半固態漿料的方法及裝置具有下列優點
(1) 采用本發明的方法制備的半固態合金漿料，具有晶粒組織細小，分布均勻，球化效果好的優點。
(2) 整個工藝過程和制備裝置簡單，不需要復雜的電磁攪拌和機械攪拌裝備，簡化了半固態漿料的制備過程，明顯降低了半固態合金漿料的制備成本，容易實現工業化。
(3) 制備過程中采用保護措施，可以有效避免金屬的氧化，提高了半固態合金漿料的質量。
(4) 工藝適用范圍廣、可以連續制備坯錠；該制備方法不僅適合鋁、鎂等鑄造合金系列，同時對變形合金系列也非常有效。如果熔煉爐中的合金液量足夠，可以連續制備半固態漿料，不受制備裝置的限制，生產效率高。
圖1為本發明采用澆道自攪拌技術制備半固態漿料的方法所采用的裝置結構示意 圖。
圖2為實施例1 AZ91D半固態漿料金相組織圖。圖3為實施例2 ZL101A半固態漿料金相組織圖。
如圖所示1、澆口杯，2、蛇形澆道，2.1、垂直的澆道部，2.2、第一弧形彎道，2.21、第一弧形彎道的前部，2.22、第一弧形彎道的后部，2.3、第二弧形彎道，2.31、第二弧形彎道的前部，2.32、第二弧形彎道的后部，2.4、澆道底窩，2.5、大致水平的內澆道，2.6、過濾器。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細描述，但本發明不僅僅局限于以下實 施例。本發明采用澆道自攪拌技術制備半固態漿料的方法所采用的裝置，它包括澆口杯l， 蛇形澆道2，所述的澆口杯1與蛇形澆道2連通，所述的蛇形澆道2由垂直的澆道部2.1 、 具有緩沖作用的第一弧形彎道2.2、具有緩沖作用的第二弧形彎道2.3、設于蛇形澆道2 的底部下凹的澆道底窩2.4、大致水平的內澆道2.5順次連通構成；所述的第一弧形彎道 2.2的前部2.21低于其后部2.22;所述的第二弧形彎道2.3的前部2.31低于其后部2.32; 所述的第一弧形彎道2.2位于大致垂直的澆道部2.1的軸線延長線的右側，所述的第二 弧形彎道2.3位于大致垂直的澆道部2.1的軸線延長線的左側；所述的大致水平的內澆 道2.5略高于澆道底窩2.4的上端口 。本發明所述蛇形澆道2的高度為100~500mm，直徑為10~50mm;第一弧形彎道2.2 前部的最低點與后部最高點的垂直高度為蛇形澆道直徑的2~5倍，第二弧形彎道2.3的 前部的最低點與后部最高點的垂直高度為蛇形澆道直徑的2~5倍，澆道底窩2.4的深度 為蛇形澆道2直徑的0.5 2倍。本發明所述蛇形澆道2的入口處還設有過濾器2.6。所述的過濾器2.6為纖維質的過濾網或陶瓷過濾片。本發明所述的蛇形澆道2內壁涂刷厚度為0.2 0.5mm的防護涂料。 實施例1 半固態AZ91D鎂合金漿料的制備在CO2+0.3n/。SF6的氣體保護下，利用電阻熔化爐產生過熱度為75'C (即澆注溫度 為670'C) AZ91D鎂合金(即Mg-9wt%Al-0.7 wt%Zn)液，然后將合金液從蛇形直澆道 2上方的澆口杯1澆入，經過濾器2.6進入高度為400mm、澆道直徑為30mm的蛇形澆道， 澆道的材質為低碳鋼，然后流經大致垂直的澆道部2.1，順次到達第一弧形彎道2.2、第二弧形彎道2.3，上述兩個弧形彎道的前部的最低點與后部的最高點的垂直高度為蛇形 澆道2直徑的2倍，再流經澆道底窩2.4，其深度為澆道直徑的2倍，最后進入大致水 平的內澆道2.5，澆注前采用電阻絲對澆道進行烘烤預熱或采用氣體加熱方式將蛇形澆道預熱至300°C;在澆鑄AZ91D鎂合金液過程中，向蛇形澆道2內吹入空氣+(0.04 0.2)SF6保護氣體；然后將從蛇形澆道2內流出的合金漿料水冷，所得金相顯微組織如附圖2所示，由圖可見漿料的組織細小、均勻、球化效果好。
實施例2 半固態ZL101A鋁合金漿料的制備
利用電阻熔化爐產生過熱度為45°C (即澆注溫度為660°C) ZL101A鎂合金(即亞共晶Al-7wt%Si-0.45 wt%Mg)液，然后將合金液從蛇形澆道2上方的澆口杯1澆入，經過濾器2.6進入高度為300mm、澆道直徑為20mm的蛇形澆道2,蛇形澆道2的材質為石墨，然后流經大致垂直管道部2.1，順次到達第一弧形彎道2.2、第二弧形彎道2.3，上述兩個弧形彎道的前部的最低點與后部的最高點的垂直高度為蛇形澆道2直徑的2倍，再流經澆道底窩2.4，其深度為澆道直徑的2倍，最后進入內澆道2.5，澆注前采用氣體加熱方式將蛇形澆道預熱至25(TC;然后將從蛇形澆道2內流出的合金漿料水冷，所得金相顯微組織如附圖3所示，由圖可見漿料的組織為均勻細小的等軸晶。
權利要求
1.一種采用澆道自攪拌技術制備半固態漿料的方法，其特征在于包括以下步驟(1)將合金在熔煉爐中進行熔煉，經過熔化、精煉、靜置，控制其過熱度為0～150℃；(2)對蛇形澆道(2)進行預熱，預熱溫度為200～300℃；將步驟(1)所得的過熱度為0～150℃的合金液澆注到澆口杯(1)內，金屬液沿著蛇形澆道(2)依次經過垂直的澆道部(2.1)、第一弧形彎道(2.2)、第二弧形彎道(2.3)和澆道底窩(2.4)，然后經大致水平的內澆道(2.5)流出，金屬液在蛇形澆道(2)內的流動過程中自然翻卷、攪拌，從而制得半固態漿料。
2. 根據權利要求1所述的一種采用澆道自攪拌技術制備半固態漿料的方法，其特征 在于所述步驟(2)中的合金液在進入蛇形澆道(2)之前還經過過濾器(2.6)。
3. 根據權利要求1所述的一種采用澆道自攪拌技術制備半固態漿料的方法，其特征 在于它還包括在所述步驟(1)將合金在熔煉爐中進行熔煉的過程中采用覆蓋劑或采 用SF6與空氣的混合氣體對合金進行保護。
4. 根據權利要求1所述的一種采用澆道自攪拌技術制備半固態漿料的方法，其特征 在于它還包括將過熱度為0 15(TC的合金液澆注到澆口杯(1)內之前和澆注過程中蛇 形澆道內通入氬氣或通入氮氣或通入SF6與空氣的混合氣體。
5. —種實施權利要求1所述的方法所采用的裝置，它包括澆口杯(l)，蛇形澆道(2), 所述的澆口杯(1)與蛇形澆道(2)連通，其特征在于所述的蛇形澆道(2)由垂直 的澆道部(2.1)、具有緩沖作用的第一弧形彎道(2.2)、具有緩沖作用的第二弧形彎道(2.3) 、設于蛇形澆道(2)的底部下凹的澆道底窩(2.4)、大致水平的內澆道(2.5)順 次連通構成；所述的第一弧形彎道(2.2)的前部(2.21)低于其后部(2.22);所述的第 二弧形彎道(2.3)的前部(2.31)低于其后部(2.32);所述的第一弧形彎道(2.2)位 于垂直的澆道部(2.1)的軸線延長線的右側，所述的第二弧形彎道(2.3)位于垂直的 澆道部(2.1)的軸線延長線的左側；所述的大致水平的內澆道(2.5)略高于澆道底窩(2.4) 的上端口。
6. 根據權利要求5所述的裝置，其特征在于:所述蛇形澆道(2)的高度為100 500mm，直徑為10~50mm;第一弧形彎道(2.2)的前部的最低點與后部的最高點的垂直高度為 蛇形澆道直徑的2 5倍，第二弧形彎道(2.3)的前部的最低點與后部的最高點的垂直高 度為蛇形澆道直徑的2 5倍，澆道底窩(2.4)的深度為蛇形澆道(2)直徑的0.5 2倍。
7. 根據權利要求5所述的裝置，其特征在于所述蛇形澆道(2)的入口處設有過濾 器(2.6)。
8. 根據權利要求7所述的裝置，其特征在于所述的過濾器(2.6)為纖維質的過濾 網或陶瓷過濾片。
9. 根據權利要求5所述的裝置，其特征在于所述的蛇形澆道(2)內壁涂刷厚度為 0.2~0.5mm的防護涂料。
全文摘要
本發明公開一種采用澆道自攪拌技術制備半固態漿料的裝置，包括澆口杯(1)，蛇形澆道(2)，澆口杯(1)與蛇形澆道(2)連通，所述的蛇形澆道(2)由垂直的澆道部(2.1)、具有緩沖作用的第一弧形彎道(2.2)、具有緩沖作用的第二弧形彎道(2.3)、設于蛇形澆道(2)的底部下凹的澆道底窩(2.4)、大致水平的內澆道(2.5)順次連通構成。采用上述裝置將過熱度為0～150℃合金澆注其中，制得半固態漿料。通過本發明的裝置制備的半固態漿料具有晶粒組織細小，分布均勻、制作成本低的優點。
文檔編號B22D1/00GK101579723SQ20091009995
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月21日 優先權日2009年6月21日
發明者文 劉, 劉立君, 張學昌, 李繼強, 樊自田, 董選普, 賈志欣 申請人:浙江大學寧波理工學院