專利名稱：過共晶鋁硅合金半固態觸變成形過程中二次加熱工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬半固態加工技術領域，特別涉及到過共晶鋁硅合金半固態觸變成
形過程中的二次加熱工藝。
背景技術：
金屬半固態加工技術是介于傳統的固態加工技術(如軋制、擠壓、鍛造等)和液 態成形技術(如鑄造等)之間的一種新型加工成形方法。其核心的技術特征包括l)成形 溫度介于固液相線溫度之間；2)晶粒形態不同于一般凝固組織中的樹枝狀晶粒形態，而是 表現為非樹枝狀的、近球形的晶粒形態。由于具有以上特征，半固態加工技術具有鑄造缺陷 少、氣孔率低、易于加工成形、模具壽命高等優點。這些優點使得半固態加工技術與壓鑄、擠 壓鑄造、重力鑄造等傳統加工成形方法相比在成本、性能方面均具有相當的競爭優勢。另 外，半固態加工技術在以鑄代鍛、變形合金的直接近凈成形、改善難鑄造合金的鑄造性能等 方面也具有廣泛的應用前景。 觸變加工技術是最早獲得工業應用的半固態加工技術，該方法可分為半固態坯料 制備、二次加熱、觸變加工三個工藝階段。半固態觸變成形工藝對坯料的二次加熱工藝的加 熱溫度及其分布要求相當苛刻，即要求升溫速度快，溫度控制精確，分布均勻，且過程易于 自動控制，另外還要求氧化少。因此，設計出合理的二次加熱方法和工藝是目前在半固態加 工領域的廣大科技人員關心和研究的重大課題。 目前，在半固態觸變加工領域的二次加熱環節主要通過立式電磁感應二次加熱裝 置實施。該方法的主要特點是感應線圈的放置方式采用了立式布置，也即將半固態坯料呈 垂直方式置于感應線圈中進行加熱。如果對于高徑比小的半固態坯料而言，采用立式加熱 裝置也可將坯料加熱到半固態進行成形，也不會發生坍塌和"象足"等缺陷。但是對于高徑 比大的半固態坯料，如果采用立式裝置，在加熱后期坯料的形狀會發生變化，形成"象足"， 坯料在運送轉移過程中會發生坍塌、流湯，影響坯料的加熱效果和坯料的運送、操作和成 形，因此坯料的液相分數不能很高，難以成形復雜零件，尤其對于高徑比很大的半固態坯料 更為如此。如果采用臥式放置，由于坯料與支撐部位接觸面積大，因此不會發生坍塌流湯， 坯料的運送也簡單方便的多，而且允許坯料有更高的液相分數，便于觸變成形更復雜的零 件。此外，對于半固態二次加熱立式裝置而言，采用的機械傳動方式也很復雜，往往包括傳 動機構的升降、旋轉等復雜機構，造成裝置龐大復雜，投資成本也較高。
發明內容
本發明的目的在于提供一種過共晶鋁硅合金半固態觸變成形過程中二次加熱工 藝，該工藝可使被加熱過共晶鋁硅合金坯料的內外溫差小、溫度場均勻且能夠滿足合金坯 料加熱效率高、控溫準確、易于自動控制、適用于大規模工業生產的過共晶鋁硅合金半固態 觸變成形技術中的二次加熱工藝。 為達到上述發明的目的，本發明采用以下技術方案
—種過共晶鋁硅合金半固態觸變成形技術中的二次加熱工藝，通過半固態觸變成 形技術中的二次加熱裝置實施，其特點是首先根據需要二次加熱的過共晶鋁硅合金坯料 的大小選擇好適配的加熱線圈，其次將需要二次加熱的坯料放在加料工位，通過氣動裝置 推入加熱工位，然后按以下工藝步驟進行加熱 a、快速加熱階段將坯料置于第一快速加熱工位進行加熱，控制加熱線圈的電流 頻率、電壓和電流大小，加熱io-ioo秒鐘后，通過氣動裝置推入下一加熱工位，合金坯料在 快速加熱階段進行1-5次快速加熱； b、慢速加熱階段將經過快速加熱的合金坯料通過氣動裝置推入慢速加熱工位進 行加熱，控制加熱線圈的電流頻率、電壓和電流大小，加熱10-100秒鐘后，通過氣動裝置推 入下一加熱工位，合金坯料在慢速加熱階段進行1-5次慢速加熱； C、慢速加熱階段完成后使坯料最終加熱到所需的半固態溫度范圍，取出已加熱到 所需的半固態溫度范圍的坯料，完成坯料的二次加熱。 上述的過共晶鋁硅合金半固態觸變成形技術中的二次加熱工藝，其中所述的加熱 線圈與坯料的適配范圍為坯料的直徑等于線圈內徑的0. 4-0. 85倍，坯料的長度等于每個 加熱工位長度的0. 4-0. 95倍。 上述的過共晶鋁硅合金半固態觸變成形技術中的二次加熱工藝，其中所述的電 流頻率控制在600-1000HZ，在同一坯料的各加熱步驟中采用相同的電流頻率。
上述的過共晶鋁硅合金半固態觸變成形技術中的二次加熱工藝，其中所述的電 壓控制在220-480V，在同一坯料的各加熱步驟中采用相同的電壓。 上述的過共晶鋁硅合金半固態觸變成形技術中的二次加熱工藝，其中所述的電 流大小控制在100-200A，在同一坯料的各加熱步驟中采用相同的電流大小。
上述的過共晶鋁硅合金半固態觸變成形技術中的二次加熱工藝，其中經過二次 加熱的過共晶鋁硅合金坯料的溫度控制在510-600°C ，且合金坯料溫度均勻，不同部位溫差
不大于5t:。 本發明由于采用了以上技術方案，使其與現有技術相比，具有以下明顯的優點和 積極效果 1、由于采用了電磁感應加熱的方式，加熱效率高，可以有效避免坯料晶粒相大和
表面氧化嚴重的問題，能夠滿足升溫速度快、氧化少、坯料質量易于控制的要求。 2、與半固態加熱立式裝置相比，本發明適合大高徑比的半固態坯料的加熱，允許
坯料有更高的液相分數，可避免加熱后期坯料形成"象足"和運送轉移過程中會發生坍塌、
流湯，有利于坯料的運送、操作和成形，便于觸變成形更復雜的零件。 3、由于電流頻率選擇了中頻600-1000HZ，能使坯料的最大溫差控制在5°C以內， 同時兼顧到了加熱速度和坯料溫度的均勻性。 4、通過對合金坯料二次加熱電流和電壓以及加熱時間等工藝參數的調整可以實 現過共晶鋁硅合金半固態觸變成形坯料溫度的精確控制。 5、由于采用單線圈、多工位、連續感應臥式加熱，不需要復雜的機械傳動機構，設 備結構簡單緊湊，具有操作安全、運行穩定等優點，因此適用于大規模工業生產。
圖la :臥式二次加熱裝置的主視圖；圖lb :臥式二次加熱裝置的俯視圖 圖1中，l-推進機構；2-置料工位；3、4、5、6、7、8-感應加熱器；9-運送機構；
10-出料工位；11-滑動機構；12-操作臺。
具體實施例方式
本發明過共晶鋁硅合金半固態觸變成形技術中的二次加熱工藝，通過半固態觸 變成形技術中的二次加熱裝置實施，為單線圈、多工位、連續感應臥式加熱工藝，分快速加 熱和慢速加熱兩個階段進行加熱，快速加熱階段和慢速加熱階段分別有1-5個加熱工位組 成。 該二次加熱裝置如圖1所示。該裝置主要由感應加熱機構和坯料運載機構兩部分 組成。感應加熱機構由加熱線圈3、4、5、6、7、8組成，感應加熱線圈呈臥式放置，加熱線圈采 用銅管繞制而成，內通冷卻水。圖中2為加料工位，9為出料工位，3、4、5為快速加熱工位， 6、7、8為慢速加熱工位。其中快速加熱工位和慢速加熱工位對應的加熱線圈密度(匝數) 不同。 坯料運載機構由推進機構1 、運送機構9和滑動機構11等組成，推進機構1為一氣 缸，通過氣動方式驅動，運送機構9為滑動托盤小車，托盤小車采用石棉耐火材料制作，滑 動機構11為兩根細長導軌，托盤小車可在導軌上左右滑動。置料工位2設置于感應加熱線 圈3的前面、推進機構氣缸1的后面，出料工位10置于感應加熱線圈8的后面。
本發明半固態成形技術中的二次加熱工藝，首先根據需要二次加熱的合金坯料的 大小選擇好適配的加熱線圈，控制坯料的直徑等于線圈內徑的0. 4-0. 85倍，坯料的長度等 于加熱工位長度的0. 4-0. 95倍；其次將需要二次加熱的坯料放在加料工位上，然后按以下 工藝步驟進行加熱 a、快速加熱階段將坯料置于快速加熱工位進行加熱，控制加熱線圈的電流頻率、 電壓和電流大小，加熱10-100秒鐘后，通過氣動裝置推入下一加熱工位，合金坯料在快速 加熱階段進行1-5次快速加熱； b、慢速加熱階段將經過快速加熱的合金坯料通過氣動裝置推入慢速加熱工位進 行加熱，控制加熱線圈的電流頻率、電壓和電流大小，加熱10-100秒鐘后，通過氣動裝置推 入下一加熱工位，合金坯料在慢速加熱階段進行1-5次慢速加熱； C、慢速加熱階段完成后使坯料最終加熱到所需的半固態溫度范圍，取出已加熱到
所需的半固態溫度范圍的坯料，完成坯料的二次加熱。 在同一坯料的各加熱步驟中采用相同的電流頻率。 在同一坯料的各加熱步驟中采用相同的電壓。 在同一坯料的各加熱步驟中采用相同的電流大小。 下面結合實施例進一步說明本發明的工藝步驟。 實施例1 過共晶鋁硅合金坯料尺寸為①84X100mm，選擇內徑為100mm，單工位長度為
110mm的加熱線圈，此時坯料與加熱線圈的直徑比為0. 84，長度比為0. 9。 將過共晶鋁硅合金坯料置于加料工位的推盤小車上，通過氣動裝置推入第一快速加熱工位，控制電流頻率為650HZ，電壓為220V，此時對應電流為112A，每工位定時加熱60 秒鐘；然后通過氣動裝置將坯料推入下一加熱工位，步驟與第一次相同。 一共快速加熱3 次，慢速加熱5次。在快速加熱和慢速加熱階段控制電流頻率、加熱電壓、電流和加熱時間 不變。 慢速加熱階段完成后使過共晶鋁硅合金坯料最終加熱到所需的半固態溫度范圍， 溫度達到520士3。C。 氣動機構將加熱坯料推入出料工位，取出坯料，送入壓鑄機進行半固態觸變成形。
實施例2 過共晶鋁硅合金坯料尺寸為①60X60mm，選擇內徑為150mm，單工位長度為150mm 的加熱線圈，此時坯料與加熱線圈的直徑比為0. 4，長度比為0. 4。 將過共晶鋁硅合金坯料置于加料工位的推盤小車上，通過氣動裝置推入第一快速 加熱工位，控制電流頻率為950HZ，電壓為480V，此時對應電流為193A，每工位定時加熱95 秒鐘；然后通過氣動裝置將坯料推入下一加熱工位，步驟與第一次相同。 一共快速加熱1 次，慢速加熱1次。在快速加熱和慢速加熱階段控制電流頻率、加熱電壓、電流和加熱時間 不變。 慢速加熱階段完成后使過共晶鋁硅合金坯料最終加熱到所需的半固態溫度范圍， 溫度達到590±5°C。 氣動機構將加熱坯料推入出料工位，取出坯料，送入壓鑄機進行半固態觸變成形。
實施例3 過共晶鋁硅合金坯料尺寸為①60X60mm，選擇內徑為100mm，單工位長度為100mm 的加熱線圈，此時坯料與加熱線圈的直徑比為0. 6，長度比為0. 6。 將過共晶鋁硅合金坯料置于加料工位的推盤小車上，通過氣動裝置推入第一快速 加熱工位，控制電流頻率為800HZ，電壓為350V，此時對應電流為147A，每工位定時加熱15 秒鐘；然后通過氣動裝置將坯料推入下一加熱工位，步驟與第一次相同。 一共快速加熱5 次，慢速加熱3次。在快速加熱和慢速加熱階段控制電流頻率、加熱電壓、電流和加熱時間 不變。 慢速加熱階段完成后使過共晶鋁硅合金坯料最終加熱到所需的半固態溫度范圍， 溫度達到545士rC。 氣動機構將加熱坯料推入出料工位，取出坯料，送入壓鑄機進行半固態觸變成形。
本發明的二次加熱工藝，可以獲得過共晶鋁硅合金半固態觸變成形坯料的內外溫 差小、溫度場均勻的效果，對半固態觸變成形很有利。能滿足升溫速度快、控溫準確、溫度分 布均勻、易于自動控制、氧化少的要求。特別適用于過共晶鋁硅合金坯料的半固態觸變成 形。
權利要求
一種過共晶鋁硅合金半固態觸變成形技術中的二次加熱工藝，其特征在于采用半固態觸變成形技術中的臥式二次加熱裝置，并根據需要二次加熱的合金坯料的大小選擇好適配的加熱線圈，其次將需要二次加熱的坯料放在加料工位，通過氣動裝置推入加熱工位，然后按以下工藝步驟進行加熱a、快速加熱階段將坯料置于第一快速加熱工位進行加熱，控制加熱線圈的電流頻率、電壓和電流大小，加熱10-100秒鐘后，通過氣動裝置推入下一加熱工位，合金坯料在快速加熱階段進行1-5次快速加熱；b、慢速加熱階段將經過快速加熱的合金坯料通過氣動裝置推入慢速加熱工位進行加熱，控制加熱線圈的電流頻率、電壓和電流大小，加熱10-100秒鐘后，通過氣動裝置推入下一加熱工位，合金坯料在慢速加熱階段進行1-5次慢速加熱；c、慢速加熱階段完成后使坯料最終加熱到所需的半固態溫度范圍，取出已加熱到所需的半固態溫度范圍的坯料，完成坯料的二次加熱。
2. 根據權利要求1所述的過共晶鋁硅合金半固態觸變成形技術中的二次加熱工藝， 其特征在于所述的加熱線圈與坯料的適配范圍為坯料的直徑等于線圈內徑的0. 4-0. 85倍，坯料的長度等于每個加熱工位長度的0. 4-0. 95倍。
3. 根據權利要求1或2所述的過共晶鋁硅合金半固態觸變成形技術中的二次加熱工 藝，其特征在于所述的電流頻率控制在600-1000HZ，在同一坯料的各加熱步驟中采用相 同的電流頻率。
4. 根據權利要求1或2所述的過共晶鋁硅合金半固態觸變成形技術中的二次加熱工 藝，其特征在于所述的電壓控制在220-480V，在同一坯料的各加熱步驟中采用相同的電 壓。
5. 根據權利要求1所述的過共晶鋁硅合金半固態觸變成形技術中的二次加熱工藝，其 特征在于所述的電流大小控制在100-200A，在同一坯料的各加熱步驟中采用相同的電流 大小。
6. 根據權利要求1或2所述的過共晶鋁硅合金半固態觸變成形技術中的二次加熱工 藝，其特征在于經過二次加熱的過共晶鋁硅合金坯料的溫度控制在510-60(TC，且合金坯 料溫度均勻，不同部位溫差不大于5°C。
全文摘要
本發明涉及一種過共晶鋁硅合金半固態觸變成形技術中的二次加熱工藝，通過半固態觸變成形技術中的臥式二次加熱裝置實施，為單線圈多工位連續式感應加熱工藝。包括快速加熱階段和慢速加熱階段。本發明的過共晶鋁硅合金二次加熱工藝適合大長徑比的過共晶鋁硅合金半固態觸變成形坯料的加熱，可避免加熱后期坯料形成“象足”和運送轉移過程中會發生的坍塌、流湯，有利于坯料的運送、操作和成形，可以獲得坯料內外溫差小，溫度場均勻的效果，對過共晶鋁硅合金后續的半固態觸變成形非常有利。且能夠滿足合金坯料加熱效率高、控溫準確、易于自動控制、連續加熱的要求。特別適用于過共晶鋁硅合金半固態觸變成形的大規模工業生產。
文檔編號B22D27/04GK101716674SQ20091024305
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月22日 優先權日2009年12月22日
發明者劉建朝, 張志峰, 徐駿, 李大全, 王亞寶, 白月龍 申請人:北京有色金屬研究總院