一種半固態(tài)金屬的振動蛇形通道制備方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于半固態(tài)金屬成形【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種半固態(tài)金屬的振動蛇形通道制備方法及裝置。將具有一定過熱度的金屬液澆入一垂直的或傾斜的帶有機(jī)械振動特性的蛇形通道的上口內(nèi)，在機(jī)械振動的作用下，過熱金屬液沿著蛇形通道內(nèi)壁向下流動，直至蛇形通道的下出口，獲得半固態(tài)金屬。裝置包括澆包、過熱金屬液、澆口杯、蛇形通道、電激機(jī)械振動器、電激振動控制器、半固態(tài)金屬、收集容器、壓室、沖頭、定型和動型部分。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：利用電激機(jī)械振動裝置促進(jìn)蛇形通道內(nèi)金屬液的冷卻、形核和晶粒游離，蛇形通道內(nèi)壁的掛料數(shù)量下降，清理工作難度降低，金屬回爐數(shù)量和熔化能耗減少，且設(shè)備構(gòu)造簡單，生產(chǎn)成本低，適合半固態(tài)金屬的制備。
【專利說明】一種半固態(tài)金屬的振動蛇形通道制備方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半固態(tài)金屬成形【技術(shù)領(lǐng)域】，特別提供了一種半固態(tài)金屬的振動蛇形通道制備方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)70年代初，美國麻省理工學(xué)院(MIT)的Flemings等人發(fā)明了半固態(tài)金屬成形技術(shù)，引起各國學(xué)者和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，隨后各國學(xué)者對此進(jìn)行了深入和廣泛的基礎(chǔ)理論和技術(shù)研究。由研究和實(shí)際應(yīng)用可知，在半固態(tài)金屬成形技術(shù)中，半固態(tài)金屬的制備始終處于關(guān)鍵位置。據(jù)文獻(xiàn)“Behavior of metal alloys in the semisolid state” (MC Flemings, Metall Trans，1991，22A:957_981)、“半固態(tài)金屬漿料先進(jìn)制備技術(shù)的研究進(jìn)展”(毛衛(wèi)民，鑄造，2012，61(8): 1-13)和《半固態(tài)金屬成形技術(shù)》(毛衛(wèi)民，北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.6)報道，獲得半固態(tài)金屬的方法很多，如機(jī)械攪拌法、電磁攪拌法、應(yīng)變引起的熔體激活法(strain induced melt activation,簡稱為SIMA)、紊流效應(yīng)法、單螺旋攪拌法、雙螺旋攪拌法、低過熱度傾斜板澆注法、低過熱度澆注和弱電磁攪拌法、壓室電磁攪拌法、低過熱度燒注和弱機(jī)械攪拌法、連續(xù)流變轉(zhuǎn)換法(Continuous rheoconversionprocess,簡稱 CRP)、偏旋熱j；含平衡法(Swirled enthalpy equilibration device,簡稱為SEED)、旋轉(zhuǎn)傾斜圓管法、波浪板形澆注法、超聲振動法、控制澆注高度法、自孕育法、氣泡攪拌法、倒錐形通道澆注法、蛇形通道澆注法、轉(zhuǎn)桶機(jī)械剪切法、環(huán)狀電磁攪拌法等。但是，為了降低半固態(tài)金屬的制備成本或者為了改善半固態(tài)金屬的制備工藝過程，世界各國的學(xué)者和專家仍然不斷探索新的半固態(tài)金屬的制備方法和制備裝置。
[0003]中國專利ZL200710062977.6、ZL200710063091.3 和文獻(xiàn)“半固態(tài) A356 鋁合金漿料的蛇形通道制備和流變壓鑄工藝(陳正周，博士學(xué)位論文，北京科技大學(xué)，2011)”提出了半固態(tài)金屬的蛇形通道澆注制備技術(shù)。在蛇形通道澆注制備技術(shù)中，首先將金屬液的過熱度控制到預(yù)定的澆注過熱度，然后將金屬液澆注到一個蛇形通道中，金屬液順序向下流過蛇形通道內(nèi)的不同彎道；在金屬液流經(jīng)蛇形通道時，金屬液會向蛇形通道不斷傳熱，引起接觸通道內(nèi)壁的金屬液層的過冷，因而該過冷金屬液會沿著蛇形通道內(nèi)壁發(fā)生初生晶粒的形核和長大；在這些初生晶粒形核和長大的過程中，初生晶粒根部產(chǎn)生溶質(zhì)富集，同時初生晶粒又承受金屬液的連續(xù)沖刷，部分初生晶粒會不斷發(fā)生游離而離開通道內(nèi)壁并進(jìn)入金屬熔體中；由于金屬熔體不斷向蛇形通道內(nèi)壁散熱和流動熔體的混合作用，最初澆入的過熱金屬熔體會逐漸進(jìn)入整體過冷狀態(tài)，從蛇形通道內(nèi)壁游離并進(jìn)入金屬熔體中的大量初生晶粒會存活下來；金屬熔體中的這些大密度的存活下來的初生晶粒會發(fā)生溶質(zhì)場和溫度場的相互干涉，從而抑制枝晶生長，這些初生晶粒逐漸長大為球狀；當(dāng)金屬熔體到達(dá)蛇形通道出口處時，金屬熔體已經(jīng)處于固液兩相區(qū)，內(nèi)部包含有大量游離的球狀初生晶粒，這就是半固態(tài)金屬。這種半固態(tài)金屬可以直接進(jìn)行流變壓鑄成形、或流變擠壓成形、或流變鍛造成形，也可以將這些半固態(tài)金屬收集到一個容器中，再經(jīng)過適當(dāng)?shù)睦鋮s凝固，可進(jìn)一步提高半固態(tài)金屬中的固相分?jǐn)?shù)，用于流變成形高致密性的零件?？傊?，從上述制備技術(shù)的總體上看，蛇形通道澆注制備技術(shù)的過程比較簡單，是一種低成本的半固態(tài)金屬的制備方法。但在半固態(tài)金屬制備過程中，由于沿著蛇形通道內(nèi)壁形核的初生晶粒不能發(fā)生全部游離，剩余晶粒會不斷長大，常常會堵塞蛇形通道，被迫終止半固態(tài)金屬的制備過程，降低了蛇形通道的每次制備的半固態(tài)金屬容量，不利于流變成形較大的零件。在半固態(tài)金屬制備過程中，即使不會完全堵塞蛇形通道，也會在蛇形通道內(nèi)產(chǎn)生大量掛料，掛料數(shù)量可占澆注金屬重量的10%?30%，這大大增加了清理掛料的難度，也大大增加了金屬回爐的數(shù)量和熔化能耗。因此，需要采取新的措施或方法來提高蛇形通道內(nèi)壁上的初生晶粒的游離數(shù)量，大幅度減慢蛇形通道掛料的速度，大幅度減少蛇形通道內(nèi)壁的掛料數(shù)量，以便簡化清理工藝和降低清理工作難度及金屬的回爐數(shù)量，也有利于流變成形較大型的零件。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:提供一種半固態(tài)金屬的振動蛇形通道制備方法及裝置。以利用電激機(jī)械振動來促進(jìn)蛇形通道內(nèi)金屬液的冷卻、形核和晶粒游離，減少蛇形通道內(nèi)壁的金屬掛料數(shù)量，簡化清理工藝和降低清理工作難度及金屬的回爐數(shù)量。
[0006]本發(fā)明的具體工藝特征如下:
1、產(chǎn)生過熱的金屬液，將該過熱金屬液的溫度預(yù)先控制在其液相線溫度以上I?250°C，將該過熱金屬液澆入垂直或傾斜的帶有機(jī)械振動特性的蛇形通道的上口內(nèi)；在不斷產(chǎn)生機(jī)械振動的過程中，該過熱金屬液沿著該蛇形通道內(nèi)壁向下流動，直至蛇形通道的下出口，此時該金屬熔體處于其固液兩相區(qū)，即此時該金屬熔體已經(jīng)是半固態(tài)金屬；該半固態(tài)金屬再流入非磁性金屬(即相對磁導(dǎo)率約為I的金屬)或非金屬的收集容器中，當(dāng)半固態(tài)金屬積累到一定的數(shù)量時即可進(jìn)行后續(xù)的流變成形，或該半固態(tài)金屬直接流入流變成形設(shè)備中流變成形。
[0007]2、該垂直或傾斜的帶有機(jī)械振動特性的蛇形通道的高度為100?1000_ ;蛇形通道的內(nèi)徑為5?100mm,蛇形通道的內(nèi)部弧形彎道數(shù)量為I?10個；蛇形通道的材質(zhì)可以是非金屬、也可以是金屬；在澆注過熱金屬液時，蛇形通道的溫度低于該金屬液的固相線溫度。
[0008]3、在該過熱金屬液的澆注過程中，蛇形通道持續(xù)處于機(jī)械振動的作用下；該機(jī)械振動的振動頻率為0.1Hz?50kHz、振幅為0.0lmm?10mm。
[0009]4、在收集容器和蛇形通道中，可以通入保護(hù)氣體來減少金屬熔體的氧化；該保護(hù)氣體可以是IS氣或含SF6的氣體。
[0010]一種半固態(tài)金屬的振動蛇形通道制備裝置分為四種形式:
附圖1為第一種形式，裝置由澆包1、過熱金屬液2、澆口杯3、蛇形通道4、電激機(jī)械振動器5、電激振動控制器6、半固態(tài)金屬7、收集容器8構(gòu)成,其中蛇形通道4為垂直的。燒包I與過熱金屬液2銜接，過熱金屬液2與澆口杯3銜接，澆口杯3與蛇形通道4銜接，蛇形通道4與電激機(jī)械振動器5銜接，電激機(jī)械振動器5與電激振動控制器6銜接，蛇形通道4與半固態(tài)金屬7銜接，半固態(tài)金屬7與收集容器8銜接。
[0011]附圖2為第二種形式，裝置由澆包1、過熱金屬液2、澆口杯3、蛇形通道4、電激機(jī)械振動器5、電激振動控制器6、半固態(tài)金屬7、收集容器8構(gòu)成,其中蛇形通道4為傾斜的。澆包I與過熱金屬液2銜接，過熱金屬液2與澆口杯3銜接，澆口杯3與蛇形通道4銜接，蛇形通道4與電激機(jī)械振動器5銜接，電激機(jī)械振動器5與電激振動控制器6銜接，蛇形通道4與半固態(tài)金屬7銜接，半固態(tài)金屬7與收集容器8銜接。
[0012]附圖3為第三種形式，裝置由澆包1、過熱金屬液2、澆口杯3、蛇形通道4、電激機(jī)械振動器5、電激振動控制器6、半固態(tài)金屬7、壓室9、沖頭10、定型11和動型12構(gòu)成，其中蛇形通道4為垂直的。澆包I與過熱金屬液2銜接，過熱金屬液2與澆口杯3銜接，澆口杯3與蛇形通道4銜接，蛇形通道4與電激機(jī)械振動器5銜接，電激機(jī)械振動器5與電激振動控制器6銜接，蛇形通道4與半固態(tài)金屬7銜接，半固態(tài)金屬7與壓室9銜接，壓室9與沖頭10銜接，沖頭10與定型11銜接，定型11與動型12銜接。
[0013]附圖4為第四種形式，裝置由澆包1、過熱金屬液2、澆口杯3、蛇形通道4、電激機(jī)械振動器5、電激振動控制器6、半固態(tài)金屬7、壓室9、沖頭10、定型11和動型12構(gòu)成，其中蛇形通道4是傾斜的。澆包I與過熱金屬液2銜接，過熱金屬液2與澆口杯3銜接，澆口杯3與蛇形通道4銜接，蛇形通道4與電激機(jī)械振動器5銜接，電激機(jī)械振動器5與電激振動控制器6銜接，蛇形通道4與半固態(tài)金屬7銜接，半固態(tài)金屬7與壓室9銜接，壓室9與沖頭10銜接，沖頭10與定型11銜接，定型11與動型12銜接。
[0014]收集容器的形狀為圓柱形容器或多邊棱柱形容器，收集容器的材質(zhì)為相對磁導(dǎo)率約為I的金屬或非金屬。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:在電激機(jī)械振動裝置的作用下，促進(jìn)了蛇形通道內(nèi)壁初生晶粒的形核和游離，明顯增加了金屬熔體中初生晶粒的密度，細(xì)化了半固態(tài)金屬中初生晶粒的尺寸，也促使蛇形通道內(nèi)壁掛料速度的明顯下降，蛇形通道內(nèi)壁的掛料數(shù)量大幅度減少，掛料數(shù)量可下降到澆注金屬重量的5%以下，大大降低了清理工作的難度和工作量，也大大減少了金屬回爐的數(shù)量和熔化能耗，每次澆注制備的半固態(tài)漿料的數(shù)量也大幅度提高，非常適合半固態(tài)金屬的制備。
[0016]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的制備半固態(tài)金屬的振動蛇形通道裝置(第一種形式)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的制備半固態(tài)金屬的振動蛇形通道裝置(第二種形式)示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明的制備半固態(tài)金屬的振動蛇形通道裝置(第三種形式)示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明的制備半固態(tài)金屬的振動蛇形通道裝置(第四種形式)示意圖。
[0021]其中1、澆包，2、過熱金屬液，3、澆口杯，4、蛇形通道，5、電激機(jī)械振動器，6、電激振動控制器，7、半固態(tài)金屬，8、收集容器，9、壓室，10、沖頭，11、定型，12、動型。
[0022]
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1:
參照圖1，這是按上述技術(shù)特點(diǎn)提供的第一種形式的制備半固態(tài)金屬的振動垂直蛇形通道工藝流程及裝置。該振動垂直蛇形通道裝置設(shè)置一澆包1，該澆包I與過熱的ZLlOlA鋁合金液2 (即亞共晶Al-7#%S1-0.45#%Mg鋁合金，相當(dāng)于美國牌號的A356鋁合金)銜接；該過熱的ZLlOlA鋁合金液2與澆口杯3銜接；該澆口杯3與蛇形通道4銜接，蛇形通道4的高度為1000mm、內(nèi)徑為100mm,蛇形通道4的內(nèi)部弧形彎道為6個,蛇形通道4由石墨制作；蛇形通道4與電激機(jī)械振動器5銜接，電激機(jī)械振動器5的振幅為4_、振動頻率為IOHz ；電激機(jī)械振動器5與電激振動控制器6銜接；蛇形通道4與半固態(tài)ZLlOlA鋁合金7銜接；半固態(tài)ZLlOlA鋁合金7與收集容器8銜接，收集容器8由奧氏體型不銹鋼制作，收集容器8的內(nèi)部尺寸為Φ80X 200mm，澆注前收集容器8處于室溫。將過熱度為I°C的ZLlOlA鋁合金液直接澆入到該蛇形通道4上口內(nèi)，并沿著該蛇形通道4的內(nèi)壁流入收集容器8中，即可得到半固態(tài)ZLlOlA鋁合金7，制備半固態(tài)ZLlOlA鋁合金7的工藝流程結(jié)束后，蛇形通道4內(nèi)壁的掛料數(shù)量占澆注ZLlOlA鋁合金2重量的4%，大大降低了清理工作的難度和工作量，大大減少了 ZLlOlA鋁合金回爐重熔的數(shù)量和熔化能耗。
[0024]實(shí)施例2:
參照圖1，這是按上述技術(shù)特點(diǎn)提供的第一種形式的制備半固態(tài)金屬的振動垂直蛇形通道工藝流程及裝置。該振動垂直蛇形通道裝置設(shè)置一澆包1，該澆包I與過熱的ZL117鋁合金液2 (即過共晶Al-20#%S1-l.8ffi%Cu-l.Qwt%W鋁合金)銜接；該過熱的ZLl 17鋁合金液2與澆口杯3銜接；該澆口杯3與蛇形通道4銜接，蛇形通道的高度為400mm、內(nèi)徑為25mm，該蛇形通道的內(nèi)部弧形彎道為3個，該蛇形通道的材質(zhì)為石墨；蛇形通道4與電激機(jī)械振動器5銜接，電激機(jī)械振動器5的振幅為4_、振動頻率為5Hz ；電激機(jī)械振動器5與電激振動控制器6銜接；蛇形通道4與半固態(tài)ZLl 17鋁合金7銜接；半固態(tài)ZLl 17鋁合金7與收集容器8銜接，收集容器8由奧氏體型不銹鋼制作，收集容器8的內(nèi)部尺寸為Φ80 X 200mm，澆注前收集容器8處于室溫。將過熱度為45°C的ZL117鋁合金液直接澆入到該蛇形通道4上口內(nèi)，并沿著該蛇形通道4的內(nèi)壁流入收集容器8中，即可得到半固態(tài)ZLl 17鋁合金7，制備半固態(tài)ZLl 17鋁合金7的工藝流程結(jié)束后，蛇形通道4內(nèi)壁的掛料數(shù)量占澆注ZLl 17鋁合金2重量的2%，大大降低了清理工作的難度和工作量，大大減少了 ZLl 17鋁合金回爐重熔的數(shù)量和熔化能耗。
[0025]實(shí)施例3:
參照圖1，這是按上述技術(shù)特點(diǎn)提供的第一種形式的制備半固態(tài)金屬的振動垂直蛇形通道工藝流程及裝置。該振動垂直蛇形通道裝置設(shè)置一澆包1，該澆包I與過熱的2024鋁合金液2 (即Al-4#%Cu-l.5wt%Mg-0.6wt%Mn鋁合金)銜接；該過熱的2024鋁合金液2與澆口杯3銜接；該澆口杯3與蛇形通道4銜接，蛇形通道的高度為800mm、內(nèi)徑為25mm，該蛇形通道的內(nèi)部弧形彎道為10個，該蛇形通道的材質(zhì)為石墨；蛇形通道4與電激機(jī)械振動器
5銜接，電激機(jī)械振動器5的振幅為0.2_、振動頻率為IOOHz ；電激機(jī)械振動器5與電激振動控制器6銜接；蛇形通道4與半固態(tài)2024鋁合金7銜接；半固態(tài)2024鋁合金7與收集容器8銜接，收集容器8由奧氏體型不銹鋼制作，收集容器8的內(nèi)部尺寸為Φ80Χ200_，澆注前收集容器8處于室溫。將過熱度為100°C的2024鋁合金液直接澆入到該蛇形通道4上口內(nèi)，并沿著該蛇形通道4的內(nèi)壁流入收集容器8中，即可得到半固態(tài)2024鋁合金7，制備半固態(tài)2024鋁合金7的工藝流程結(jié)束后，蛇形通道4內(nèi)壁的掛料數(shù)量占澆注2024鋁合金2重量的4.5%，大大降低了清理工作的難度和工作量，大大減少了 2024鋁合金回爐重熔的數(shù)量和熔化能耗。
[0026]實(shí)施例4: 參照圖1，這是按上述技術(shù)特點(diǎn)提供的第一種形式的制備半固態(tài)金屬的振動垂直蛇形通道工藝流程及裝置。該振動垂直蛇形通道裝置設(shè)置一澆包1，該澆包I與過熱的AZ91D鎂合金液2 (即Mg-9#%Al-0.鎂合金)銜接；該過熱的AZ91D鎂合金液2與澆口杯
3銜接；該澆口杯3與蛇形通道4銜接，蛇形通道的高度為500mm、內(nèi)徑為25mm，該蛇形通道的內(nèi)部弧形彎道為4個，該蛇形通道的材質(zhì)為石墨；蛇形通道4與電激機(jī)械振動器5銜接，電激機(jī)械振動器5的振幅為0.2_、振動頻率為200Hz ;電激機(jī)械振動器5與電激振動控制器6銜接；蛇形通道4與半固態(tài)AZ91D鎂合金7銜接；半固態(tài)AZ91D鎂合金7與收集容器8銜接，收集容器8由奧氏體型不銹鋼制作，收集容器8的內(nèi)部尺寸為Φ80 X 200mm,澆注前收集容器8處于室溫。將過熱度為45°C的AZ91D鎂合金液直接澆入到該蛇形通道4上口內(nèi)，并沿著該蛇形通道4的內(nèi)壁流入收集容器8中，即可得到半固態(tài)AZ91D鎂合金7。在澆注該AZ91D鎂合金液過程中，向該蛇形通道內(nèi)吹入1%的SF6保護(hù)氣體，該SF6氣體的流量為每分鐘0.03升。制備半固態(tài)AZ91D鎂合金7的工藝流程結(jié)束后，蛇形通道4內(nèi)壁的掛料數(shù)量占澆注AZ91D鎂合金2重量的4%，大大降低了清理工作的難度和工作量，大大減少了 AZ91D鎂合金回爐重熔的數(shù)量和熔化能耗。
[0027]實(shí)施例5:
參照圖1，這是按上述技術(shù)特點(diǎn)提供的第一種形式的制備半固態(tài)金屬的振動垂直蛇形通道工藝流程及裝置。該振動垂直蛇形通道裝置設(shè)置一澆包1，該澆包I與過熱的ZLlOlA鋁合金液2 (即亞共晶Al-7#%S1-0.45#%Mg鋁合金，相當(dāng)于美國牌號的A356鋁合金)銜接；該過熱的ZLlOlA鋁合金液2與澆口杯3銜接；該澆口杯3與蛇形通道4銜接，蛇形通道4的高度為400mm、內(nèi)徑為25mm,蛇形通道4的內(nèi)部弧形彎道為5個,蛇形通道4由純銅制作；蛇形通道4與電激機(jī)械振動器5銜接，電激機(jī)械振動器5的振幅為5mm、振動頻率為35Hz ；電激機(jī)械振動器5與電激振動控制器6銜接；蛇形通道4與半固態(tài)ZLlOlA鋁合金7銜接；半固態(tài)ZLlOlA鋁合金7與收集容器8銜接，收集容器8由奧氏體型不銹鋼制作，收集容器8的內(nèi)部尺寸為Φ80X 200mm，澆注前收集容器8處于室溫。將過熱度為I°C的ZLlOlA鋁合金液直接澆入到該蛇形通道4上口內(nèi)，并沿著該蛇形通道4的內(nèi)壁流入收集容器8中，即可得到半固態(tài)ZLlOlA鋁合金7。當(dāng)該收集容器8中的ZLlOlA鋁合金7完全凝固后，即可得到半固態(tài)ZLlOlA鋁合金坯料，該坯料可用于半固態(tài)ZLlOlA鋁合金觸變成形。制備半固態(tài)ZLlOlA鋁合金7的工藝流程結(jié)束后，蛇形通道4內(nèi)壁的掛料數(shù)量占澆注ZLlOlA鋁合金2重量的1%，大大降低了清理工作的難度和工作量，大大減少了 ZLlOlA鋁合金回爐重熔的數(shù)量和熔化能耗。
[0028]實(shí)施例6:
參照圖2，這是按上述技術(shù)特點(diǎn)提供的第二種形式的制備半固態(tài)金屬的振動傾斜蛇形通道工藝流程及裝置。該振動傾斜蛇形通道裝置設(shè)置一澆包1，該澆包I與過熱的ZLlOlA鋁合金液2 (即亞共晶Al-7#%S1-0.45#%Mg鋁合金，相當(dāng)于美國牌號的A356鋁合金)銜接；該過熱的ZLlOlA鋁合金液2與澆口杯3銜接；該澆口杯3與蛇形通道4銜接，蛇形通道4的長度為400mm、內(nèi)徑為30mm,蛇形通道4的內(nèi)部弧形彎道為4個,蛇形通道4由純銅制作，蛇形通道4的長軸線與垂線的夾角為30度；蛇形通道4與電激機(jī)械振動器5銜接，電激機(jī)械振動器5的振幅為10mm、振動頻率為0.1Hz ；電激機(jī)械振動器5與電激振動控制器6銜接；蛇形通道4與半固態(tài)ZLlOlA鋁合金7銜接；半固態(tài)ZLlOlA鋁合金7與收集容器8銜接，收集容器8由奧氏體型不銹鋼制作，收集容器8的內(nèi)部尺寸為Φ200X400mm，澆注前收集容器8處于室溫。將過熱度為125°C的ZLlOlA鋁合金液2直接澆入到該蛇形通道4上口內(nèi)，并沿著該蛇形通道4的內(nèi)壁流入收集容器8中，即可得到半固態(tài)ZLlOlA鋁合金7，制備半固態(tài)ZLlOlA鋁合金7的工藝流程結(jié)束后，蛇形通道4內(nèi)壁的掛料數(shù)量占澆注ZLlOlA鋁合金2重量的2%，大大降低了清理工作的難度和工作量，大大減少了 ZLlOlA鋁合金回爐重熔的數(shù)量和熔化能耗。
[0029]實(shí)施例7:
參照圖2，這是按上述技術(shù)特點(diǎn)提供的第二種形式的制備半固態(tài)金屬的振動傾斜蛇形通道工藝流程及裝置。該振動傾斜蛇形通道裝置設(shè)置一澆包1，該澆包I與過熱的ZLlOlA鋁合金液2 (即亞共晶Al-7#%S1-0.45#%Mg鋁合金，相當(dāng)于美國牌號的A356鋁合金)銜接；該過熱的ZLlOlA鋁合金液2與澆口杯3銜接；該澆口杯3與蛇形通道4銜接，蛇形通道4的長度為600mm、內(nèi)徑為30mm,蛇形通道4的內(nèi)部弧形彎道為4個,蛇形通道4由純銅制作，蛇形通道4的長軸線與垂線的夾角為0.5度；蛇形通道4與電激機(jī)械振動器5銜接，電激機(jī)械振動器5的振幅為10mm、振動頻率為0.1Hz ;電激機(jī)械振動器5與電激振動控制器
6銜接；蛇形通道4與半固態(tài)ZLlOlA鋁合金7銜接；半固態(tài)ZLlOlA鋁合金7與收集容器8銜接，收集容器8由奧氏體型不銹鋼制作，收集容器8的內(nèi)部尺寸為Φ200X400mm，澆注前收集容器8處于室溫。將過熱度為85°C的ZLlOlA鋁合金液2直接澆入到該蛇形通道4上口內(nèi)，并沿著該蛇形通道4的內(nèi)壁流入收集容器8中，即可得到半固態(tài)ZLlOlA鋁合金7，制備半固態(tài)ZLlOlA鋁合金7的工藝流程結(jié)束后，蛇形通道4內(nèi)壁的掛料數(shù)量占澆注ZLlOlA鋁合金2重量的2%，大大降低了清理工作的難度和工作量，大大減少了 ZLlOlA鋁合金回爐重熔的數(shù)量和熔化能耗。
[0030]實(shí)施例8:
參照圖3，這是按上述技術(shù)特點(diǎn)提供的第三種形式的制備半固態(tài)金屬的振動垂直蛇形通道工藝流程及裝置。該振動垂直蛇形通道裝置設(shè)置一澆包1，該澆包I與過熱的ZL114A鋁合金液2 (即亞共晶Al-7#%S1-0.6ri%Mg鋁合金，相當(dāng)于美國牌號的A357鋁合金)銜接；該過熱的ZLl 14A鋁合金液2與澆口杯3銜接；該澆口杯3與蛇形通道4銜接，蛇形通道4的高度為100mm、內(nèi)徑為5mm,蛇形通道4的內(nèi)部弧形彎道為I個,蛇形通道4由純銅制作；蛇形通道4與電激機(jī)械振動器5銜接，電激機(jī)械振動器5的振幅為0.1_、振動頻率為IOOHz ；電激機(jī)械振動器5與電激振動控制器6銜接；蛇形通道4與半固態(tài)ZL114A鋁合金7銜接；半固態(tài)ZL114A鋁合金7與壓室9銜接；壓室9與沖頭10銜接；沖頭10與定型11銜接；定型11與動型12銜接。將過熱度為250°C的ZLl 14A鋁合金液直接澆入到該蛇形通道4上口內(nèi)，并沿著該蛇形通道4的內(nèi)壁流入壓室9中，制得半固態(tài)ZLl 14A鋁合金7，制備半固態(tài)ZLl 14A鋁合金7的工藝流程結(jié)束后，蛇形通道4內(nèi)壁的掛料數(shù)量占澆注ZLl 14A鋁合金2重量的1%，大大降低了清理工作的難度和工作量，大大減少了 ZL114A鋁合金回爐重熔的數(shù)量和熔化能耗。
[0031]實(shí)施例9:
參照圖4，這是按上述技術(shù)特點(diǎn)提供的第四種形式的制備半固態(tài)金屬的振動傾斜蛇形通道工藝流程及裝置。該振動傾斜蛇形通道裝置設(shè)置一澆包1，該澆包I與過熱的ZL114A鋁合金液2 (即亞共晶Al-7#%S1-0.65#%Mg鋁合金，相當(dāng)于美國牌號的A357鋁合金)銜接；該過熱的ZLl 14A鋁合金液2與澆口杯3銜接；該澆口杯3與蛇形通道4銜接，蛇形通道4的長度為400mm、內(nèi)徑為20mm,蛇形通道4的內(nèi)部弧形彎道為4個,蛇形通道4由純銅制作，蛇形通道4的長軸線與垂線的夾角為60度；蛇形通道4與電激機(jī)械振動器5銜接，電激機(jī)械振動器5的振幅為0.01mm、振動頻率為50kHz ；電激機(jī)械振動器5與電激振動控制器6銜接；蛇形通道4與半固態(tài)ZLl 14A鋁合金7銜接；半固態(tài)ZLl 14A鋁合金7與壓室9銜接；壓室9與沖頭10銜接；沖頭10與定型11銜接；定型11與動型12銜接。將過熱度為45°C的ZLl 14A鋁合金液直接澆入到該蛇形通道4上口內(nèi)，并沿著該蛇形通道4的內(nèi)壁流入壓室9中，制得半固態(tài)ZL114A鋁合金7，制備半固態(tài)ZL114A鋁合金7的工藝流程結(jié)束后，蛇形通道4內(nèi)壁的掛料數(shù)量占澆注ZL114A鋁合金重量的2%，大大降低了清理工作的難度和工作量，大大減少了 ZL114A鋁合金回爐重熔的數(shù)量和熔化能耗。
[0032]為實(shí)施該發(fā)明的裝置既適合于鋁基合金的半固態(tài)金屬的制備，也適合于鎂基合金、鋅基合金、銅基合金、鎳基合金、鈷基合金和鐵基合金的半固態(tài)金屬的制備。
【權(quán)利要求】
1.一種半固態(tài)金屬的振動蛇形通道制備方法，其特征在于: 將過熱金屬液(2)澆入垂直的或傾斜的帶有機(jī)械振動特性的蛇形通道(4)的上口內(nèi)，過熱金屬液(2 )在機(jī)械振動中沿著蛇形通道(4 )的內(nèi)壁向下流動，直至蛇形通道(4 )的下出口，最終流入收集容器(8)中或流入流變成形設(shè)備的料室或壓室(9)中，獲得該半固態(tài)金屬(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半固態(tài)金屬的振動蛇形通道制備方法，其特征在于:過熱金屬液的溫度預(yù)先控制在其液相線溫度以上I~250°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半固態(tài)金屬的振動蛇形通道制備方法，其特征在于:在澆注過程中，蛇形通道(4 ) 一直處于機(jī)械振動中，直至半固態(tài)金屬(7 )制備過程結(jié)束。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半固態(tài)金屬的振動蛇形通道制備方法，其特征在于:在收集容器(8)和蛇形通道(4)中，能夠通入保護(hù)氣體，保護(hù)氣體是氬氣或含SFf^A氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半固態(tài)金屬的振動蛇形通道制備方法所用的振動蛇形通道裝置，其特征在于:裝置包括以下部分:澆包(I)、過熱金屬液(2)、澆口杯(3)、蛇形通道(4)、電激機(jī)械振動器(5)、電激振動控制器(6)、半固態(tài)金屬(7)、收集容器(8)、壓室(9)、沖頭(10)、定型(11)和動型(12)； 其中，澆包(I)與過熱金屬液(2)銜接，過熱金屬液(2)與澆口杯(3)銜接，澆口杯(3)與蛇形通道(4) 銜接，蛇形通道(4)與電激機(jī)械振動器(5)銜接，電激機(jī)械振動器(5)與電激振動控制器(6)銜接，蛇形通道(4)與半固態(tài)金屬(7)銜接，半固態(tài)金屬(7)與收集容器(8)銜接；或者，半固態(tài)金屬(7)直接與壓室(9)銜接，壓室(9)與沖頭(10)銜接，沖頭(10)與定型(11)銜接，定型(11)與動型(12)銜接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種半固態(tài)金屬的振動蛇形通道制備裝置，其特征在于:電激機(jī)械振動器(5)的振動頻率為0.1Hz~50kHz,振幅為0.01mm~10mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種半固態(tài)金屬的振動蛇形通道制備裝置，其特征在于:帶有機(jī)械振動特性的蛇形通道(4)的高度為100~1000mm，內(nèi)徑為5~100mm，蛇形通道(4)的內(nèi)部弧形彎道數(shù)量為I~10個。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求5所述的一種半固態(tài)金屬的振動蛇形通道制備方法及裝置，其特征在于:傾斜的蛇形通道(4)的長軸線與垂線的夾角為0.5~60度。
【文檔編號】B22D1/00GK103691895SQ201310701547
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】毛衛(wèi)民, 朱文志, 鄭志凱, 張興孟, 王偉番, 陳藝駿, 岳銳 申請人:北京科技大學(xué)