专利名称：一种铝硅合金分闸件半固态流变压铸成形工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于轻合金半固态成形技术领域，具体涉及一种铝硅合金分闸件半固态流变压铸成形工艺。
背景技术：
金属半固态加工应用范围广泛，凡具有固-液两相区的金属或合金均可实现半固态加工，从研究的材料来看，可分为有色金属及其合金的低熔点材料半固态加工和钢铁材料等高熔点金属材料及复合材料的半固态加工，其应用领域也在逐年扩大；还适用于多种加工工艺，如铸造、轧制、挤压和锻压等。因此，80年代后期以来该技术得到了以美国、日本等发达国家科技工作者的普遍承认和高度重视，在工艺实验和理论等方面开展了广泛的研究，成为当今金属加工的发展趋势。很多学者已将半固态金属加工技术称为21世纪最具发展前途的近终成形和新材料制备技术之一。金属半固态成形工艺主要分为流变成形和触变成形两大类。流变成形是在金属凝固过程中，通过施加搅拌或扰动、或改变金属的热状态、或加入晶粒细化剂等手段，改变合金熔体的凝固行为，获得半固态浆料，并利用此浆料直接成形加工。触变成形是获得半固态浆料后，将其进一步凝固成坯料(通常采用连铸工艺)，根据需要将坯料切分，把切分的坯料重新加热至固-液两相区形成半固态坯料，然后对重新加入的半固态坯料进行加工成形。但，不论是流变成形还是触变成形，都包含半固态浆料制备以及半固态成形两部分，其中，浆料制备是整个过程的基础和关键，如何稳定、有效地制备晶粒细小、均匀的非枝晶组织的半固态浆料成为当前半固态加工技术领域的研究热点。分闸件是高压输配电电网上常用的合分闸控制装置内部的关键零部件，为了操作人员的安全，合分闸控制装置需要远离负荷开关或真空断路器，使用工况较为复杂，因此该零件必须具有高的强韧性、疲劳性及抗冲击等性能，铸件内部不能有气孔，砂眼等铸造缺陷，而且上面的三个销钉必须灵活旋转(参见图1)。目前分闸件的制造工艺主要以砂型铸造，金属型铸造及高压铸造为主，这些铸造工艺存在着较多的缺陷，例如:砂型铸造铸件内部组织晶粒粗大，强度低，存在砂眼；金属型铸造成品铸件收得率低、成本高；高压铸造铸件内部气孔严重，不能进行热处理，而且铸件上销钉不易转动等。
发明内容
本发明的目的是克服分闸件现有铸造工艺的不足，提出一种铝硅合金分闸件半固态流变压铸成形工艺，目的是使铸件内部晶粒变得细小、均匀，并改善铝硅合金充型状态，减少或者消除铸件内部气孔，使铸件能够进行热处理，最终获得性能优良且成本低廉的分闸件。本发明首先将熔炼好的招娃合金液在585°C 625°C温度区间内施加复合电磁搅拌制备出半固态浆料，然后将表面预处理过的销钉插入分闸件模具，同时使用浇勺将制备好的半固态浆料浇注到压铸机压射室进行压铸成形，然后取件并进行组合热处理，最终获得性能优良的铝硅合金分闸件。本发明采取以下工艺方案(参见图2):(I)半固态浆料制备将熔炼好的铝硅合金以高于液相线50°C 80°C浇注到一个预热的中间包内，然后对中间包内的合金液施加电磁搅拌，同时对合金液进行整体冷却，当合金液温度在585°C 625°C范围时将其通过中间包底部的导流管输送到浆料收集器，合金液在通过导流管过程中再对其施加电磁搅拌，这样流到浆料收集器内部的合金液中含有一定量的固相颗粒，且固相颗粒呈非枝晶状态。(2)销钉表面预处理使用丙酮溶液对待处理的销钉表面进行仔细清洗除去销钉上的残余油污，然后将石墨乳均匀的喷涂到销钉表面并预热，预热温度为150°C 200°C，预热时间为20min，然后将石墨乳再次均匀的喷涂到销钉表面，再进行预热，如此反复多次直到销钉表面涂层厚度为0.2 0.5臟为止。(3)压铸成形将表面预处理过的销钉分别插入模具对应的销钉孔，同时使用浇勺将制备的半固态浆料浇注到压铸机压射室，并以0.02 0.05m/s的压射速度，压射比压为20Mpa 40Mpa的压力进行压铸成形，保压5s后开模取件；(4)组合热处理组合热处理是将铸件的热处理工艺与销钉的旋转工艺相结合的一种复合工艺。具体是将压铸出的分闸件在490°C固溶处理6h，出炉淬火后立即旋转分闸件上三个不同的销钉，接着将分闸件在190°C时效处理6h，出炉空冷到室温后再分别旋转销钉直至灵活为止。本发明采用施加复合电磁搅拌的方式制备了半固态浆料，然后将制备的浆料进行慢压射成形，最后对成形的铸件进行了组合热处理，其优点如下:1、采用了复合电磁搅拌的方式制备半固态浆料，半固态浆料制备速度快，容易控制，且制浆工艺简单，实用性强，消除或减少了铸件内部枝晶偏析，铸件内部主要以晶粒更细小、均匀的非枝晶初生α -Al为主；2、慢压射工艺有利于浆料在压射室以及模腔中平稳充型，降低了铸件内部产生气孔的概率，而且提高了模具使用寿命；3、采用了组合热处理工艺，不仅使铸件达到了热处理要求，而且也使得铸件上面的销钉旋转灵活。
图1为本发明的流变压铸成形的分闸件及其上的销钉示意图。图2为本发明的铝硅合金分闸件半固态流变压铸成形工艺流程示意图。下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明:采用本发明的半固态流变压铸成形工艺所制备的分闸件及其上的销钉如图1所示，在图1中，分闸件上三个不同的销钉1、2、3。本发明的铝硅合金分闸件半固态流变压铸成形工艺流程示意图如图2所示，在图2中，先对铝硅合金熔炼；将熔炼好的铝硅合金在585 °C 625 °C温度区间内施加复合电磁搅拌进行半固态浆料制备；并且进行分闸件的销钉表面预处理；然后将表面预处理过的销钉插入分闸件模具，同时使用浇勺将制备的半固态铝硅合金浆料浇注到压铸机压射室进行流变压铸成形；将分闸件连同三个不同的销钉进行组合热处理；最终得到分闸件。
具体实施例方式选用AHS铝硅合金做为试验材料，主要的化学成分为:10.5%Si，0.45%Fe，3.0%Cu, 0.3% Mn, 0.3% Mg, 0.1% Cr,0.3% Zn，其余为Al。销钉通过机械加工的方式制备，材料为35CrMo钢，图1中1、2、3分别为分闸件上三个不同的销钉。具体工艺如下:(I)半固态浆料制备首先使用电阻炉对AHS铝硅合金进行熔炼，待温度达到680°C时通入高纯氩气，除气Smin后静置降温，当合金液温度为660°C时浇注到一个预热温度630°C的中间包内，然后对中间包内的合金液施加电磁搅拌，搅拌功率为0.3Kw，搅拌速率为2000r/min，同时对合金液进行整体冷却，当温度到620°C时将其通过中间包底部的导流管输送到预热温度610°C的浆料收集器，合金液在通过导流管过程中再对其施加电磁搅拌，这样流到浆料收集器内部的合金液中就会含有一定量的固相颗粒，且固相颗粒呈非枝晶状态。(2)销钉表面预处理使用丙酮溶液对待处理的销钉表面进行仔细清洗，除去销钉上的残余油污，然后将配置好的石墨乳均匀的喷涂到销钉表面，并预热销钉，预热温度为150°C 200°C，预热时间为20min，随后再将石墨乳均匀的喷涂到销钉表面，再进行预热，如此反复多次直到销钉表面石墨涂层厚度为0.2 0.5mm为止。(3)压铸成形将表面预处理过的销钉分别插入分闸件模具对应的销钉孔，同时使用浇勺将制备好的半固态浆料浇注到压铸机压射室，并以0.02 0.05m/s的压射速度，压射比压为20Mpa 40Mpa的压力进行慢压射，保压5s后开模取件；(4)组合热处理将压铸出的分闸件放入热处理炉，升温至490°C保温6h，然后将分闸件从热处理炉取出，接着在冷水中淬火，之后立即放到专用卡具上分别旋转上面三个不同的销钉，直到销钉可以在卡具上较容易的旋转为止，随后再将其在设的温度为190°C的热处理炉中保温6h，出炉空冷至室温后再分别旋转销钉直至非常灵活为止。力学性能测试表明:在以上工艺下处理的分闸件抗拉强度大于450Mpa，断后伸长率可达到8%。上述实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，而非用以限制本发明申请专利的保护范围，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括在本发明申请专利范围内。
权利要求
1.一种铝硅合金分闸件半固态流变压铸成形工艺，其特征在于，将熔炼好的铝硅合金在585°C 625°C温度区间内施加复合电磁搅拌制备半固态浆料，并且对分闸件销钉进行表面预处理，然后将表面预处理过的销钉插入分闸件模具，同时使用浇勺将制备的半固态铝硅合金浆料浇注到压铸机压射室进行压铸成形，最终将获得的分闸件进行组合热处理。
2.根据权利要求1所述的铝硅合金分闸件半固态流变压铸成形工艺，其特征在于，对分闸件销钉进行表面预处理的过程是，首先清洗掉销钉上的残余油污，然后将石墨乳均匀的喷涂到销钉表面并预热，预热温度为150°C 200°C，预热时间20min-25min，然后再将石墨乳均匀的喷涂到销钉表面，再进行和上述相同的温度和时间的预热，如此反复多次预热，直到销钉表面涂层厚度为0.2mm-0.5mm为止。
3.根据权利要求1或2所述的铝硅合金分闸件半固态流变压铸成形工艺，其特征在于，使用浇勺将制备的半固态浆料浇注到压铸机压射室进行压铸成形的过程是，以0.02-0.05m/s的压射速度，20Mpa_40Mpa的压射比压进行压铸成形，保压5s_7s后开模取件。
4.根据权利要求1或2所述的铝硅合金分闸件半固态流变压铸成形工艺，其特征在于，所述的组合热处理的过程是，将压铸成形获得的分闸件在490°C固溶6h，出炉淬火后分别旋转分闸件上的三个不同的销钉，然后再对分闸件进行190°C的时效6h，出炉空冷到室温后再分别旋转销钉直至灵活。
全文摘要
本发明公开了一种铝硅合金分闸件半固态流变压铸成形工艺，该工艺包括分闸件销钉的预处理、半固态浆料的制备、流变压铸成形及组合热处理四个步骤。具体工艺是将熔炼好的铝硅合金液在585℃～625℃温度区间内施加复合电磁搅拌制备半固态浆料，然后使用浇勺将制备的半固态铝硅合金浆料浇注到压铸机压射室进行压铸成形，最后将获得的分闸件进行组合热处理。本发明有效地解决了传统砂型铸造工艺生产铝硅合金分闸件组织粗大、不均匀以及销钉容易脱落等问题，不仅提高了铸件的力学性能，而且铸件的表面质量和材料利用率也得到大幅提高，适合大批量的工业生产，具有较高的推广价值。
文档编号B22D17/00GK103170600SQ201110431778
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者徐骏, 杨柳青, 梁博, 刘国钧, 张志峰 申请人:北京有色金属研究总院