一种半固态熔体快速淬取的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种半固态熔体快速淬取的装置，属于合金熔体淬取和分析领域。该装置主要由高冷速淬取铜模、温度采集控制系统、惰性气体供给系统和真空抽取系统组成，将温度采集控制系统中的热电偶安装在高冷速淬取铜模上，惰性气体供给系统和真空抽取系统通过管路和液力三通阀与高冷速淬取铜模内的腔体连通，温度采集控制系统与液力三通阀相连接。本实用新型装置具有较强的冷却能力，适于高粘度的半固态熔体淬取，同时该实用新型采取温度的实时跟踪和控制，与合金熔体淬取组织具有高度的一致性。同时该装置还可以根据实验要求进行组合装配，针对熔体不同位置或不同熔体深度同时进行实时淬取，分析合金熔体的温度场和组织演化。
【专利说明】一种半固态熔体快速淬取的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种半固态熔体快速淬取的装置，属于合金熔体淬取和分析领域。
【背景技术】
[0002]合金熔体是铸造、锻造和半固态成形等各种成形方法的基础，合金熔体的质量和凝固过程中的组织演变是成形零件质量的决定因素，所以国内外对合金熔体的研究愈加重视，尤其是半固态的流变成形过程。
[0003]半固态成形是综合了铸造和锻造工艺的一种新型的成形技术，可以实现铝合金材料高性能、近终型、低成本的有效方法，已经在很多小型零部件获得工业化应用，对大幅度提高零件成品率、降低生产成本、减重及节能减排等方面起到了积极的作用。半固态熔体是一种固液混合的熔体，含有一定的固相分数，熔体粘度较大，固相枝晶或球状组织间为液相组织，熔体淬取或成形过程中存在固液分离现象。
[0004]目前，合金熔体的淬取方法主要有小尺寸坩埚整体液淬、部分熔体水淬和铜管或铜模快速抽取法等，但是这些方法存在需要一定转移时间、冷却速度慢和组织变形等缺点。半固态流变成形中熔体一般需经过外场的电磁或机械搅拌，这种情况下小尺寸坩埚整体液淬的方法不适合，无法满足外场的施加。部分熔体水淬需要一定的转移时间，造成液淬后的组织发生一定程度的长大，不能与温度等工艺参数对应，也不能表征真实的熔体状态和演化规律。半固态熔体存在明显固液分离现象，尤其是高固相分数熔体，一般的铜管或铜模快速抽取法由于冷却能力的限制，淬取的熔体较少，高速抽取过程中造成液淬组织产生拉伸等变形，同时淬取熔体中液相较多，固相较少，后续分析产生较大困难。半固态流变熔体要求具有成分场和温度场的均匀，所以需要同时对熔体各部分进行温度跟踪和熔体淬取，而目前的熔体淬取手段都无法满足。
实用新型内容
[0005]针对上述问题，本实用新型提出一种半固态熔体快速淬取的装置，目的是通过本实用新型装置，准确获得不同部位熔体的实时半固态组织，用于研究半固态组织的演变过程和形成机制。
[0006]一种半固态熔体快速淬取的装置，主要由高冷速淬取铜模、温度采集控制系统、惰性气体供给系统和真空抽取系统四部分组成，将温度采集控制系统中的热电偶安装在高冷速淬取铜模上，惰性气体供给系统和真空抽取系统通过管路和液力三通阀与高冷速淬取铜模内的腔体连通，温度采集控制系统与液力三通阀之间通过线路连接。
[0007]所述的高冷速淬取铜模包括顶部旋紧装置、锁紧装置和耐高温淬取嘴，通过顶部旋紧装置和锁紧装置将高冷速淬取铜模装配或打开，耐高温淬取嘴设置于铜模的下部。所述的耐高温淬取嘴的形状为下宽上窄。
[0008]所述的高冷速淬取铜模还包括液氮冷却部分，液氮冷却部分设置于铜模腔体的周围，进一步增加了淬取铜模的冷却强度，满足高粘度、容易固液分离的半固态熔体淬取。
[0009]所述的惰性气体供给系统包括惰性气瓶和流量计；所述的真空抽取系统包括真空泵和压力表。
[0010]所述的高冷速淬取铜模为两个以上，分别与温度采集控制系统、惰性气体供给系统和真空抽取系统组合装配。针对熔体不同位置或不同熔体深度同时进行实时淬取，分析合金熔体的温度场和组织演化。
[0011]半固态熔体处理过程中，通过顶部旋紧装置和锁紧装置将高冷速淬取铜模装配完毕，安装热电偶，先开启温度采集控制系统，将耐高温淬取嘴插入到采样部位，然后打开液力三通阀通入惰性气体，排出铜模内的金属熔体，当温度达到设定温度时，温度采集控制系统控制液力三通阀，关闭惰性气体供给系统，打开真空抽取系统，高冷速铜模与真空系统相通，将金属熔体抽入高冷速铜模内，打开高冷速铜模取出所要求的液淬试样。
[0012]本实用新型为了减小传统铜模抽取法因熔体较少而造成的液淬组织变形，该装置淬取的合金熔体量较大，淬取熔体量增加后容易造成传统铜模的冷速降低，所以该装置增加了淬取铜模的冷却强度，加入了液氮冷却部分进一步加强冷却。半固态熔体容易产生固液分离，所以耐高温淬取嘴的形状设计成下宽上窄，高粘度熔体可以顺利进入铜模，避免或减轻固液分离现象。同时为了保证组织与温度的一致性和实时性，该装置增加了温度采集控制系统与液力三通阀，液力三通阀通过温度采集控制系统实时控制，保证了淬取精度。
[0013]与现有技术相比，本实用新型装置具有较强的冷却能力，适于高粘度的半固态熔体淬取，同时本实用新型对温度采取实时跟踪和控制，与合金熔体淬取组织具有高度的一致性。同时该装置还可以根据实验要求进行组合装配，针对熔体不同位置或不同熔体深度同时进行实时淬取，分析合金熔体的温度场和组织演化。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是半固态熔体快速淬取装置示意图。
[0015]图2是实施例3中半固态熔体不同位置快速淬取装置组合示意图。
[0016]主要附图标记:
[0017]I热电偶2顶部旋紧装置
[0018]3锁紧装置4铜模
[0019]5液氮冷却部分6淬取熔体
[0020]7耐高温淬取嘴8真空泵
[0021]9惰性气瓶10液力三通阀
[0022]11流量计12压力表
[0023]13管路14温度采集控制系统
具体的实施方式
[0024]本实用新型的半固态熔体快速淬取装置是在传统的铜模抽取法基础上进行设计，如图1所示，主要由高冷速淬取铜模4、温度采集控制系统14、惰性气体供给系统和真空抽取系统四部分组成，将温度采集控制系统14中的热电偶I安装在高冷速淬取铜模4上，惰性气体供给系统和真空抽取系统通过管路13和液力三通阀10与高冷速淬取铜模4内的腔体连通，温度采集控制系统14分别与热电偶I和液力三通阀10通过线路(电路)相连接，即高冷速淬取铜模4、惰性气体供给系统和真空抽取系统通过液力三通阀10链接。
[0025]高冷速淬取铜模4包括顶部旋紧装置2、锁紧装置3和耐高温淬取嘴7，通过顶部旋紧装置2和锁紧装置3将高冷速淬取铜模4装配或打开，耐高温淬取嘴7设置于铜模的下部，耐高温淬取嘴7的形状为下宽上窄。该装置为了增加淬取铜模的冷却强度，设置了液氮冷却部分5，液氮冷却部分5设置于铜模腔体的周围，进一步增加了淬取铜模的冷却强度，满足高粘度、容易固液分离的半固态熔体淬取。
[0026]惰性气体供给系统包括惰性气瓶9和流量计11 ;真空抽取系统包括真空泵8和压力表12。
[0027]根据实验要求，高冷速淬取铜模4可为两个以上，分别与温度采集控制系统14、惰性气体供给系统和真空抽取系统组合装配，针对熔体不同位置或不同熔体深度同时进行实时淬取，分析合金熔体的温度场和组织演化。
[0028]实施例1
[0029]将A356铝合金在电阻炉中熔化，720_730°C时对合金熔体进行除气和精炼，将精炼后的A356合金熔体转移到预热400°C的石墨坩埚中，并将石墨坩埚放入电磁搅拌器中，利用电磁搅拌方法制备半固态浆料。电磁搅拌工艺参数为搅拌电流10-15A，频率50Hz。
[0030]通过顶部旋紧装置2和锁紧装置3将高冷速淬取铜模4装配完毕，安装热电偶1，先开启温度采集控制系统14，将耐高温淬取嘴7插入到A356合金熔体中，然后打开液力三通阀10通入惰性气体，排出铜模内的金属熔体，当温度达到600°C时，合金熔体为半固态熔体，温度采集控制系统14控制液力三通阀10，关闭惰性气体供给系统，打开真空抽取系统，高冷速铜模与真空系统相通，将A356合金半固态熔体抽入高冷速铜模4内，打开高冷速铜模取出所要求的液淬试样。
[0031]实施例2
[0032]将7075铝合金在电阻炉中熔化，730_740°C时对合金熔体进行除气和精炼，将精炼后的7075合金熔体转移到预热400°C的石墨坩埚中，并将石墨坩埚放入电磁搅拌器中，利用电磁搅拌方法制备半固态浆料。电磁搅拌工艺参数为搅拌电流10-15A，频率50Hz。
[0033]通过顶部旋紧装置2和锁紧装置3将高冷速淬取铜模4装配完毕，安装热电偶1，先开启温度采集控制系统14，将耐高温淬取嘴7插入到7075合金熔体中，然后打开液力三通阀10通入惰性气体，排出铜模内的金属熔体，当温度达到620°C时，合金熔体为半固态熔体，温度采集控制系统14控制液力三通阀10，关闭惰性气体供给系统，打开真空抽取系统，高冷速铜模与真空系统相通，将7075合金半固态熔体抽入高冷速铜模4内，打开高冷速铜模取出所要求的液淬试样。
[0034]实施例3
[0035]将A356铝合金在电阻炉中熔化，720_730°C时对合金熔体进行除气和精炼，将精炼后的A356合金熔体转移到预热400°C的石墨坩埚中，并将石墨坩埚放入电磁搅拌器中，利用电磁搅拌方法制备半固态浆料。电磁工艺参数为搅拌电流10-15A，频率50Hz。
[0036]通过顶部旋紧装置2和锁紧装置3将高冷速淬取铜模4装配完毕，安装热电偶1，将准备完毕的三组装置进行组合，如图2所示。先开启温度采集控制系统14，将三组耐高温淬取嘴7分别插入到A356合金熔体的心部、1/2半径处和边部位置，然后打开液力三通阀10通入惰性气体，排出三组铜模内的金属熔体，当温度达到600°c时，合金熔体为半固态熔体，温度采集控制系统14控制液力三通阀10，关闭惰性气体供给系统，打开真空抽取系统，三组高冷速铜模均与真空系统相通，将A356合金半固态熔体分别抽入高冷速铜模内，分别打开高冷速铜模取出不同位置的液淬试样，同时完成对熔体不同位置的实时淬取，分析合金熔体的温度场和组织演化。
[0037]本实用新型装置具有较强的冷却能力，适于高粘度的半固态熔体淬取，同时该实用新型对温度进行实时跟踪和控制，与合金熔体淬取组织具有高度的一致性。
【权利要求】
1.一种半固态熔体快速淬取的装置，其特征在于:主要由高冷速淬取铜模、温度采集控制系统、惰性气体供给系统和真空抽取系统组成，温度采集控制系统中的热电偶安装在高冷速淬取铜模上，惰性气体供给系统和真空抽取系统通过管路和液力三通阀与高冷速淬取铜模内的腔体连通，温度采集控制系统与液力三通阀之间通过线路连接。
2.根据权利要求1所述的半固态熔体快速淬取的装置，其特征在于:所述的高冷速淬取铜模包括顶部旋紧装置、锁紧装置和耐高温淬取嘴，通过顶部旋紧装置和锁紧装置将高冷速淬取铜模装配或打开，耐高温淬取嘴设置于铜模的下部。
3.根据权利要求2所述的半固态熔体快速淬取的装置，其特征在于:所述的耐高温淬取嘴的形状为下宽上窄。
4.根据权利要求2所述的半固态熔体快速淬取的装置，其特征在于:所述的高冷速淬取铜模还包括液氮冷却部分，液氮冷却部分设置于铜模腔体的周围。
5.根据权利要求1所述的半固态熔体快速淬取的装置，其特征在于:所述的惰性气体供给系统包括惰性气瓶和流量计；所述的真空抽取系统包括真空泵和压力表。
6.根据权利要求1所述的半固态熔体快速淬取的装置，其特征在于:所述的高冷速淬取铜模为两个以上，分别与温度采集控制系统、惰性气体供给系统和真空抽取系统组合装配。
【文档编号】B22D27/04GK203610651SQ201320816257
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】李豹, 徐骏, 张志峰, 梁博, 汤孟欧 申请人:北京有色金属研究总院