一种铝合金半固态挤压铸造的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种铝合金半固态挤压铸造的方法及系统，属有色金属材料制备及应用的技术领域。该方法包括如下步骤：先将铝合金块体切制成铝合金小块体后分别用铝箔包覆，然后将包覆的铝合金小块体预热；将预热好的所述铝合金小块体熔炼，得到液态铝合金；将液态铝合金通过具有弯曲通道或倒置锥形通道的浇口注入到保温装置中进行保温，得到铝合金半固态浆料；将铝合金半固态浆料浇注到保温性挤压模具，进行挤压成型处理；最后在所述挤压成型处理完成后继续施压，之后顶出铸件，空冷，最终得到铝合金半固态挤压铸件。此制备方法工艺先进，工序严密，数据精确翔实，制备铝合金半固态挤压铸件热处理后硬度可达82.9HB，抗拉强度可达279Mpa。
【专利说明】
一种铝合金半固态挤压铸造的方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种铝合金半固态挤压铸造的方法及系统，属有色金属材料制备及应 用的技术领域。
【背景技术】
[0002] 铝合金是有色合金，具有较好的强度、韧性、导电性、导热性，常用作结构材料，在 航空航天、电子工业、汽车制造领域得到了广泛的应用;但铝合金抗拉强度低、硬度低、耐腐 蚀性差，使其在工业上的应用受到了限制。
[0003] 当前应用较为广泛的铝合金成型方法为压力铸造。但是，压铸件容易出现氧化、气 孔等缺陷，导致铸件的力学性能下降。半固态挤压铸造方法，是一种近净成形的方法，具有 加工温度低、可热处理强化、节约成本等优点。目前，铝合金半固态挤压铸造方法还处于研 究阶段，其工艺技术还有待提高。现阶段半固态成型发展瓶颈主要是：1)制备半固态浆料工 艺稳定性差，制备成本较高;2)半固态浆料转移难度较大，不能使半固态浆料顺利的转移到 成型模具中进行加工成型。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铝合金半固态挤压铸造的方法 及系统。该方法以铝合金为原材料，经在真空熔炼炉熔炼、浆料制备、挤压成型，以提高铝合 金材料的力学性能。本发明提出一种简便的半固态浆料制备方法和系统，同时也实现半固 态浆料自动浇注、定量浇注，解决了半固态成型过程中浆料转移难题，同时降低了半固态 浆料制备成本。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] -种铝合金半固态挤压铸造的方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤一，铝合金预处理:先将铝合金块体切制成铝合金小块体后分别用铝箱包覆， 然后将包覆的铝合金小块体预热；
[0008] 步骤二，熔炼:将预热好的所述铝合金小块体熔炼，得到液态铝合金；
[0009] 步骤三，铝合金半固态浆料的制备：将步骤二得到的液态铝合金通过具有弯曲通 道或倒置锥形通道的浇口（即具有弯曲通道或倒置锥形通道的模具)注入到保温装置中进 行保温，得到铝合金半固态浆料；
[0010]步骤四，挤压成型处理:将步骤三得到的所述铝合金半固态浆料浇注到保温性挤 压模具，进行挤压成型处理；
[0011]步骤五，脱模冷却：在所述挤压成型处理完成后继续施压，之后顶出铸件，空冷，最 终得到铝合金半固态挤压铸件。
[0012]本发明的技术原理是：1)采用弯曲通道或倒置锥形通道，优选为准蛇形通道法制 备金属半固态浆料，工艺简单，制备成本较低，利用准蛇形通道的自搅拌作用，打碎枝晶；同 时准蛇形通道浇口温度较低，合金液获得较大的过冷度，大量形核，细化晶粒，最终得到半 固态浆料;2)采用电磁栗浇注，半固态浆料在洛伦兹力的作用下，浇注到挤压模具型腔;更 优选地，通过可编程逻辑控制器(PLC)控制，实现自动浇注和定量浇注。
[0013] 上述铝合金半固态挤压铸造的方法中，作为一种优选实施方式，步骤一中，所述预 热的温度为 180_22(TC (比如 182Γ、185Γ、188Γ、195Γ、200-(：、205Γ、210-(：、215Γ、218 °C)，更优选为 195°C_205°C，所述预热的时间为 10_25min(比如 llmin、13min、15min、18min、 21min、23min、24min)，更优选所述预热的时间为15min。
[0014] 上述铝合金半固态挤压铸造的方法中，作为一种优选实施方式，步骤一中，所述 错合金小块体尺寸（即长X宽X高X50mmX 50mmX 50mm。
[0015] 上述铝合金半固态挤压铸造的方法中，作为一种优选实施方式，步骤二中，所述熔 炼是在中频感应熔炼炉内进行的，且在中频感应加热、抽真空、氩气底吹过程中完成的。
[0016] 上述铝合金半固态挤压铸造的方法中，作为一种优选实施方式，步骤二的熔炼包 括先后进行的第一子步骤和第二子步骤，所述第一子步骤中，抽真空至所述中频感应熔炼 炉内压强彡 l〇Pa;加热温度为580-620°C (比如582°C、585°C、590°C、595°C、600°C、605°C、 610°(：、615°(：、618°(：)，更优选为595-605°(： ;加热时间为30-45111丨11(比如31111丨11、331^11、 35min、38min、41min、43min、44min)，更优选为40min;所述第二子步骤中，进行氩气底吹，氩 气速度为 800_1200C3/min(比如 810C3/min、830C3/min、850C3/min、900C 3/min、950C3/min、 1000(：3/11^11、1150(： 3/11^11、1170(：3/11^11、1190(：3/11^11、1200(： 3/11^11)，氩气速度优选为1000(：3/ min，使中频感应熔炼炉内压强保持在0.045Mpa，此时继续加热升温至680-750 °C进行熔炼 (比如685 °C、690 °C、695 °C、700 °C、710 °C、720 °C、730 °C、735 °C、740 °C、745 °C)，更优选加热 升温至 715-725 °C 进行恪炼，并恒温保温 15_30min (比如 16min、18min、20min、24min、26min、 28min、29min)，更优选恒温保温为20min。优选理由：第一子步骤更优先加热温度595-605°C 是因为，铝合金的液相线温度为617°C，加热到595-605Γ后开启氩气底吹装置，即不会造成 氩气浪费，又能在铝合金熔化后，起到均匀铝合金成分、除杂和除气的目的；第二子步骤的 熔炼温度更优选在715-725Γ是因为，在这温度区间内浇注，既能保证通道不会堵塞，又可 以得到组织形貌较好的半固态ZL101铝合金坯料，保温时间20min，这是经过多次实验得到 的最佳参数，能够澄清熔体中弥散分布的较大颗粒的夹杂物。
[0017] 上述铝合金半固态挤压铸造的方法中，作为一种优选实施方式，步骤三中，所述 弯曲通道为准蛇形通道或螺形管通道。更优选地，所述弯曲通道设置有3-5个弯道。准蛇形 通道浇口具有自搅拌作用，能打碎枝晶；同时准蛇形通道浇口温度较低，合金液获得较大的 过冷度，大量形核，细化晶粒，从而得到半固态浆料。随后被注入到保温炉中保温能进一步 使半固态浆料组织均匀化。进一步地，所述液态铝合金注入所述保温装置时的流速为0.2-lkg/s，优选为0.5kg/s。准蛇形通道具有激冷作用，随着弯道数量增加，制备的半固态坯料 品质也会随之增加，但随弯道数量的增加，挂料凝固壳质比例大幅度增加，并且容易堵塞通 道，降低生成效率。本发明中经过多次尝试，弯曲通道设置有3-5个弯道，保证了坯料品质的 同时，不会堵塞通道。浇注速度较高时，坯料外表面会粗糙，并形成凹坑，浇注速度较低时， 坯料表面光滑，致密度增加，但较低的浇注速度并不利于合金熔体充满准蛇形通道。经过多 次实验，将最佳饶注速度定为〇. 5kg/s，既能保证合金恪体充满整个准蛇形通道，又能够获 得表面光滑、致密度高的坯料。
[0018] 上述铝合金半固态挤压铸造的方法中，作为一种优选实施方式，步骤三中，所述保 温的温度为550-62(TC (比如552。(：、555。(：、560。(：、570。(：、580。(：、590。(：、600。(：、615。(：、618 °〇，保温的时间为15-2〇111；[11(比如16111；[11、17111；[11、18111；[11、19111；[11)。
[0019] 上述铝合金半固态挤压铸造的方法中，作为一种优选实施方式，步骤四中，所述挤 压成型的挤压压强为80-120MPa (比如82MPa、85MPa、88MPa、92MPa、95MPa、1 OOMPa、105MPa、 11010^、11510^、11810^)，保压时间为15-3〇8(比如168、188、2〇8、248、268、288)，保温性挤 压模具的温度为180_220°C，更优选地，挤压压强为lOOMpa，保压时间为20s，保温性挤压模 具的温度为200°C。在一定范围内，挤压压强越大，细化晶粒效果越明显。而本发明中，当挤 压压强超过lOOMpa后，细化作用减慢，宏观力学性能趋于稳定。模具温度为180-220°C，优选 为200°C，是因为模具温度过低，凝固速度会过快，即使增大压力也对其无法进行补缩，从 而产生铸造缺陷;模具温度过高，会使得铝合金熔体的热量不容易散失，导致晶粒长粗，影 响最终性能;经过多次试验后，优选200°C。上述铝合金半固态挤压铸造的方法中，作为一种 优选实施方式，步骤四中，所述挤压模具材质为热作模具钢，型腔尺寸为120mm X 30mm X 50mm，型腔表面粗糙度为RaO.08-0.16μπι。此处所指的型腔尺寸是指凸模盖到凹模上以后凹 模内的空隙尺寸。
[0020] 上述铝合金半固态挤压铸造的方法中，作为一种优选实施方式，步骤四中，在所述 铝合金半固态浆料浇注到挤压模具之前，还包括挤压模具的型腔表面预处理：用涂覆剂均 匀涂覆所述挤压模具的型腔表面，涂覆层厚度为〇. 3-0.5mm;所述涂覆剂的配制方法包括如 下步骤:称取一定量的氧化锌和水玻璃，加入一定量的去离子水，搅拌均匀得到乳白色悬浮 状液体，即涂覆剂;更优选地，所述氧化锌、水玻璃与去离子水的质量比为4-6:1:40-60;所 述揽摔的转数为40 -60r/min (比如42r/min、45r/min、48;r/min、52;r/min、56;r/min、58;r/ 111；[11)，揽摔时间为60-90111；[11(比如65111；[11、68111；[11、72111；[11、76111；[11、80111；[11、85111；[11、88111；[11)，进一步 地，所述搅拌的转数为50r/min，搅拌时间为80min。涂覆剂主要是用于保护模具，使脱模容 易；同时涂覆剂有保温作用，防止半固态铝合金坯料冷却速度过快，提高成形能力。涂覆层 厚度优选为0. 3-0.5mm。
[0021] 上述铝合金半固态挤压铸造的方法中，作为一种优选实施方式，步骤五中在所述 挤压成型处理完成后继续施压15-20s(比如16s、18s)。
[0022] 上述铝合金半固态挤压铸造的方法中，作为一种优选实施方式，步骤五之后还包 括热处理步骤，具体方法如下:首先进行固溶处理，固溶温度535±5°C，固溶时间5h;然后采 用75-85°C的温水淬火;之后进行时效处理:时效温度为200 ± 5°C，时效时间4h，最后空冷 至室温。
[0023] 上述铝合金半固态挤压铸造的方法中，本发明主要用于半固态温度区比较大的铸 造铝合金，比如半固态温度区在40°C以上，这样的铝合金有ZAlSi7Mg、ZAlSi 9Mg，6061，A357 等。作为一种优选实施方式，所述铝合金为ZAlSi?Mg(合金代号ZL101)。
[0024] -种制备铝合金半固态浆料用浇口，所述模具具有弯曲通道或倒置锥形通道。
[0025] 在上述浇口中，作为一种优选实施方式，所述弯曲通道设置有3-5个弯道。
[0026] -种铝合金半固态挤压铸造的系统，包括：
[0027] 铝合金半固态浆料制备装置，包括:上述浇口和保温装置;其中：
[0028] 所述浇口设置于所述保温装置的入口处且与所述保温装置内部连通，用于接收熔 炼得到的液态铝合金并初步制备所述铝合金半固态浆料;所述保温装置用于接收通过所述 浇口初步制备得到的所述铝合金半固态浆料并保温，以形成组织均匀的铝合金半固态浆 料；
[0029] 挤压成型装置，包括保温性挤压模具，用于将来自所述保温装置的所述铝合金半 固态浆料挤压成型。
[0030] 上述系统中，作为一种优选实施方式，所述系统还包括:铝合金半固态浆料输送装 置，用于将所述铝合金半固态浆料输送至所述保温性挤压模具中；其中所述铝合金半固态 浆料输送装置包括:保温性输料管，进口与所述保温装置的出口连接，出口伸入所述挤压成 型装置内且与所述保温性挤压模具对齐;和电磁栗，设置于所述保温性输料管进口与出口 之间；更优选地，所述电磁栗通过可编程逻辑控制器(PLC)控制，以实现自动和定量浇注。
[0031] 上述系统中，作为一种优选实施方式，所述铝合金半固态浆料制备装置还包括:套 筒，用于固定所述浇口于所述保温装置入口处;和支撑所述套筒的升降装置，用于移动所 述浇口；更优选地，所述铝合金半固态浆料制备装置还包括小车，所述升降装置固定于所述 小车上，所述保温装置放置于所述小车上。升降装置及保温装置放置于小车上，能够简单有 效的实现半固态挤压铸造。
[0032] 上述系统中，作为一种优选实施方式，所述保温装置包括:位于内层的保温加热 丝;位于所述保温加热丝之外的外层保温棉。
[0033] 上述系统中，作为一种优选实施方式，所述挤压成型装置包括挤压机、保温性挤压 模具、推板、顶杆;所述挤压机包括设置于上部的主油缸、设置于下部的副油缸和底座;所述 保温性挤压模具包括相对设置的凸模和凹模，所述凸模由第一螺钉和第一固定板与所述挤 压机连接，所述凸模的内部设置有加热棒;所述凹模由第二螺钉和第二固定板与所述挤压 机连接，所述凹模的内部设置有加热丝;所述推板设置于所述副油缸的顶端，所述推板的上 表面连接有顶杆，用于将挤压铸造成型的铸件顶出。
[0034] 上述系统中，作为一种优选实施方式，所述保温性输料管由内至外依次由输料管 加热丝、输料管保温棉、壳体构成。
[0035] 上述系统中，作为一种优选实施方式，所述保温性输料管由头尾相接的第一水平 部、与所述第一水平部垂直的第一竖立部、与所述第一竖立部垂直的第二水平部、与所述第 二水平部垂直的第二竖立部构成，其中所述第一水平部的头端与所述保温装置的底部出口 相连，水平延伸一定距离后来到所述第一水平部的尾端，在所述第一水平部的尾端向上弯 曲延伸一定距离后来到所述第一竖立部的尾端，在所述第一竖立部的尾端弯曲后水平延伸 一定距离形成所述第二水平部，并在所述第二水平部的尾端向下弯折形成所述第二竖立 部，在所述第二竖立部的尾端为向所述凹模内浇注所述铝合金半固态浆料的开口；更优选 地，所述电磁栗设置在所述保温性输料管的第一竖立部内。
[0036] 对用本发明提供的方法制备的铝合金半固态挤压铸件的形貌、色泽、金相组织、 力学性能进行检测、分析、表征：用金相分析仪进行金相组织分析；用微机控制电子万能试 验机进行抗拉强度分析;用扫描电镜进行拉伸断口分析;用布氏硬度计进行硬度分析。用本 发明提供的方法制备的铝合金半固态挤压铸件为块体，硬度可达82.9HB，抗拉强度可达 279Mpa〇
[0037] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0038] (1)本发明针对铝合金压铸件强度低、不可热处理强化的情况，以铝合金为原材 料，经在真空熔炼炉熔炼、半固态浆料制备、挤压成型，制成半固态挤压铸件，此制备方法工 艺先进，工序严密，数据精确翔实，制备的铝合金半固态挤压铸件经热处理后硬度可达 82.9HB，抗拉强度可达279Mpa，是十分理想的铝合金半固态成型方法。
[0039] (2)本发明采用弯曲通道优选准蛇形通道法制备金属半固态浆料，工艺简单，制备 成本较低，利用准蛇形通道的自搅拌作用，打碎枝晶；同时准蛇形通道浇口温度较低，合金 液获得较大的过冷度，大量形核，细化晶粒，从而得到初步的半固态浆料；同时降低了半固 态浆料制备成本。
[0040] (3)本发明采用电磁栗浇注，半固态浆料在洛伦兹力的作用下，浇注到挤压模具型 腔，通过PLC控制，实现自动浇注和定量浇注，解决了半固态成型过程中浆料转移难题。
【附图说明】
[0041] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发 明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0042] 图1为铝合金半固态挤压铸造的系统示意图；
[0043]图2为实施例1制备的铝合金半固态挤压铸件金相显微组织图；
[0044] 图3为实施例1制备的铝合金半固态挤压铸件拉伸断口形貌图；
[0045] 图4为常规方法制备的铝合金液态挤压铸件金相显微组织图。
【具体实施方式】
[0046] 以下将通过实施例结合附图对本发明的内容做进一步的详细说明，本发明的保护 范围包含但不限于下述实施例。
[0047] 实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验 步骤的操作或条件即可进行。实施例中使用的各种试剂和原料均为市售产品。
[0048] 实施例1
[0049]运用本发明提供的铝合金半固态挤压铸造方法制备铝合金半固态挤压铸件。本实 施例使用的化学物质材料为:铝合金、氧化锌、水玻璃、铝箱、丙酮、去离子水、氩气;其准备 用量如下（以克、毫升、厘米3为计量单位）： 铝合金：ZAlSi7Mg 固态块体，2000g土 l()g 氧化锌：ZnO 丨〇〇g±lg 水玻璃：Na2Si03· 9H，0 50g±ig
[0050]错箔：A1 300mmX 0.5mmX30Qmm I人jft: C3H60 600mL±l()mL 2;离 /-水·· H，0 1 OOOmL ± 50mL 氩气：Ar lOOOOOcm3± 丨()0 cm3
[0051 ]具体制备方法如下：
[0052] (l)制备挤压模具
[0053] 挤压模具为长方形，材质为不锈钢，模具型腔尺寸为120mmX 30mmX 50mm，型腔表 面粗糙度为RaO · 08-0 · 16μπι。
[0054] (2)配制涂覆剂及涂覆挤压模具
[0055] 称取氧化锌50g± lg、水玻璃10g± lg，量取去离子水500mL± 5mL，加入混浆机中进 行搅拌，搅拌转数50r/min，搅拌时间80min;搅拌后成乳白色悬浮状液体，即涂覆剂。用涂覆 剂均匀涂覆上述挤压模具的型腔表面，涂覆层厚度为〇. 3-0.5mm。
[0056] (3)铝合金预处理
[0057]①将铝合金块体用机械（比如用线切割等方式)切制成小块体，小块体尺寸<50mm X 50mm X 50mm;
[0058]②用铝箱包覆切割后的铝合金小块体（用铝箱包覆可以减少与空气的接触，降低 铝合金被氧化的几率）；
[0059]③预热：将包覆的铝合金小块体置于加热炉内预热，预热温度200°C±5°C，预热时 间15min〇
[0060] (4)制备铝合金半固态浆料
[0061] 铝合金的熔炼是在中频感应熔炼炉内进行的，在中频感应加热、抽真空、氩气底吹 过程中完成。具体步骤如下：
[0062] ①打开中频感应熔炼炉，清理石墨熔炼坩埚内部，并用丙酮清洗，使坩埚内部洁 净；
[0063] ②将包覆铝箱的铝合金块置于坩埚底部；
[0064] ③关闭中频感应熔炼炉，并密闭；然后开启真空栗，抽取炉内空气，使炉内压强< 10Pa;再开启中频感应熔炼炉加热器，开始加热，加热温度600°C ± 5°C，加热时间为40min;
[0065] ④在石墨坩埚底部通入氩气底吹管，向坩埚内输入氩气，氩气底吹速度1000C3/ min，使炉内压强保持在0.045MPa，并由出气管阀调控;继续加热熔炼，熔炼温度为720°C ± 5 °C，在此温度恒温保温20min。
[0066] 浇注：关闭氩气底吹管，除去坩埚内熔液表面熔渣，然后启动半固态浆液制备装 置，将石墨坩埚嘴对准具有四个弯道的准蛇形通道浇口，将铝合金熔液浇注至保温装置 中，浇注时的熔液温度为700°C ;其中，准蛇形通道浇口的通道直径为25mm，四弯道浇口高度 为380mm，饶注速度0 · 5kg/s。
[0067] 保温:通过准蛇形通道浇口的初步形成的铝合金半固态浆料在保温炉中保温，保 温温度为580°C，保温时间为15-20min。
[0068] (5)挤压成型
[0069] 小车移动至指定位置，接好铝合金半固态浆料输送装置并通过铝合金半固态浆料 输送装置将保温后的半固态浆料定量浇注到挤压成型装置中的凹模型腔内，之后小车连同 铝合金半固态浆料输送装置退回，启动挤压机进行挤压，挤压压强为l〇〇MPa，保压时间20s; 启动挤压机的同时要给模具加热，使模具温度维持在200°C。加热模具是为了使模具在一个 较高的温度下工作，主要是在挤压机开启后前几个铸件生产时作用较大，连续生产时，主要 用来调节模具温度，使模具处于一个较为稳定的温度范围，保证工艺的稳定性。
[0070] (6)脱模，冷却:挤压成型后继续施压15s，以使铸件在高压下凝固，细化晶粒，之后 顶出铸件，在空气中冷却至25°C，最终得到铝合金半固态挤压铸件。
[0071] (7)热处理工艺：将步骤(7)制备的铝合金半固态挤压铸件进行固溶处理，固溶温 度535 ± 5°C，固溶时间5h，然后采用80°C左右的温水淬火;随后进行人工时效处理:时效温 度为200 ± 5 °C，时效时间4h，最后空冷。
[0072] (8)检测、分析、表征
[0073]对经热处理的铝合金半固态挤压铸件的形貌、色泽、金相组织、力学性能进行检 测、分析、表征：用金相分析仪进行金相组织分析；用微机控制电子万能试验机进行抗拉强 度分析;用扫描电镜进行拉伸断口分析;用布氏硬度计进行硬度分析。具体结果见表1。 [0074]表1本实施例制备的铸件的平均布氏硬度和平均抗拉强度
[0077] 经检测，本实施例制备的铝合金半固态挤压铸件为块体，经热处理后硬度达 82.9HB，抗拉强度达279Mpa。图2为本实施例制备的铝合金半固态挤压铸件金相显微组织 图；从该图可以看出，合金熔液经过准蛇形通道的冷却和搅拌作用，初生α-Al变成近球状， 枝晶状的初生α-ΑΙ基本消失;此外，共晶Si的长条状经过挤压后被打散并分散在基体中。从 高倍图（即图2)可知共晶硅由细长的针状被打断变得细小，而且分布比较均匀;这和常规铸 件的组织差别明显，常规的铸造组织如图4所示（图4为常规方法制备的铝合金液态挤压铸 件金相显微组织图，该铸件的制备工艺条件为:浇注温度为720°C，挤压压力为lOOMpa，保压 时间为20s;经热处理后，该铸件的抗拉强度达241.5Mpa，硬度可达52.3HB)。图3为本实施例 制备的铝合金半固态挤压铸件拉伸断口形貌图，经过扫描电镜发现，铝合金半固态挤压铸 件致密度增加，呈现明显的韧性断裂特征。
[0078] 实施例2
[0079] 本实施例提供一种铝合金半固态挤压铸造的系统，如图1所示，该系统可应用于上 述铝合金半固态挤压铸造的方法中，用于制备铝合金半固态挤压铸件，该系统包括：
[0080] 铝合金半固态浆料制备装置，包括浇口 13和保温装置17;其中：浇口 13设置于保温 装置17的入口处且与保温装置17内部连通，用于接收熔炼得到的铝合金并初步制备铝合金 半固态浆料;保温装置17用于接收通过浇口 13的初步制备得到的铝合金半固态浆料并保 温，以形成组织均匀的铝合金半固态浆料；
[0081] 挤压成型装置，包括保温性挤压模具（2,21)，用于将来自保温装置17的铝合金半 固态浆料挤压成型。
[0082] 优选地，上述系统还包括:铝合金半固态浆料输送装置，用于将铝合金半固态浆料 输送至保温性挤压模具21中；其中铝合金半固态浆料输送装置包括:保温性输料管7,进口 与保温装置17的出口连接，出口伸入所述挤压成型装置内且与保温性挤压模具21对齐;和 电磁栗19,设置于保温性输料管7进口与出口之间；更优选地，电磁栗19通过可编程逻辑控 制器(PLC)控制，以实现自动和定量浇注。
[0083]优选地，铝合金半固态浆料制备装置还包括:套筒14,用于固定浇口 13于保温装置 17的入口处;和支撑套筒14的升降装置15,以便于移动浇口 13;更优选地，铝合金半固态浆 料制备装置还包括小车16,升降装置15固定于小车16上，保温装置17放置于小车16上。
[0084]优选地，保温装置17包括:位于内层的保温加热丝11;位于保温加热丝11之外的外 层保温棉12。
[0085]优选地，挤压成型装置包括挤压机1、保温性挤压模具（2,21)、推板26、顶杆27;挤 压机1包括设置于上部的主油缸6、设置于下部的副油缸25和底座24;保温性挤压模具（2， 21)包括相对设置的凸模2和凹模21，凸模2由第一螺钉4和第一固定板5与挤压机1的机台上 背板连接，凸模2的内部设置有加热棒3;凹模21由第二螺钉22和第二固定板23与挤压机1的 底座24连接，凹模21的内部设置有加热丝20;推板26设置于副油缸25之上，推板26的上表面 连接有顶杆27,用于将挤压铸造成型的铸件顶出。在凹模21的底部设置有供顶杆27穿过的 孔，在需要时，顶杆27穿过该孔而将铸件从凹模21内顶出。由于在凹模21和凸模2内分别设 置有加热用的加热丝20和加热棒3,所以在挤压时可以实现保温性挤压。
[0086] 优选地，保温性输料管7由内至外依次由输料管加热丝10、输料管保温棉9、壳体8 构成。
[0087] 优选地，保温性输料管7由头尾相接的第一水平部、与第一水平部垂直的第一竖 立部、与第一竖立部垂直的第二水平部、与第二水平部垂直的第二竖立部构成;其中第一水 平部的头端与保温装置17的底部出口相连，水平延伸一定距离后来到第一水平部的尾端， 在第一水平部的尾端向上弯曲延伸一定距离后来到第一竖立部的尾端，在第一竖立部的尾 端弯曲后水平延伸一定距离形成第二水平部，并在第二水平部的尾端向下弯折形成第二竖 立部，在第二竖立部的尾端为向凹模21内浇注铝合金半固态浆料的开口；更优选地，电磁栗 19设置在保温性输料管7的第一竖立部内。
[0088] 优选地，浇口 13为弯曲通道模具，比如准蛇形通道浇口或螺形管通道浇口；对于准 蛇形通道模具而言，一般情况下设置3-5个弯道;比如，通道直径为25mm，三弯道模具高度为 310mm、四弯道模具高度为380mm、五弯道模具高度为450mm。饶口 13还可以是具有倒置锥形 通道的浇口，但准蛇形通道效果最佳。
[0089] 按图1铝合金半固态挤压铸造的系统示意图所示，安装装置，各部位置要正确，按 序操作。具体工作过程如下:经预处理的铝合金熔炼完成后，关闭氩气底吹管，除去坩埚内 熔液表面熔渣，然后启动浇注系统，小车移动至指定位置，将石墨坩埚嘴对准蛇形通道浇口 13,将得到的液态铝合金通过准蛇形通道浇口 13定量浇注到保温装置17中，浇注完毕，小车 退回。通过准蛇形通道浇口 13浇注得到的半固态浆料在保温装置17中保温，保温一段时间 后形成铝合金半固态浆料18;铝合金半固态浆料18通过电磁栗19和保温性输料管7进入凹 模21，启动挤压机进行挤压成型;挤压成型后继续施压，顶杆27顶出铸件，在空气中冷却至 25 °C，最终得到铝合金半固态挤压铸件。
【主权项】
1. 一种铝合金半固态挤压铸造的方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一，铝合金预处理:先将铝合金块体切制成铝合金小块体后分别用铝箱包覆，然后 将包覆的铝合金小块体预热； 步骤二，熔炼:将预热好的所述铝合金小块体熔炼，得到液态铝合金； 步骤三，铝合金半固态浆料的制备：将步骤二得到的液态铝合金通过具有弯曲通道或 倒置锥形通道的浇口注入到保温装置中进行保温，得到铝合金半固态浆料； 步骤四，挤压成型处理:将步骤三得到的所述铝合金半固态浆料浇注到保温性挤压模 具，进行挤压成型处理； 步骤五，脱模冷却:在所述挤压成型处理完成后继续施压，之后顶出铸件，空冷，最终得 到铝合金半固态挤压铸件。2. 根据权利要求1所述的铝合金半固态挤压铸造的方法，其特征在于， 步骤一中，所述预热的温度为180_220°C，所述预热的时间为10_25min;优选地，所述预 热的温度为195°C-205°C，所述预热的时间为15min;所述铝合金小块体尺寸彡50mm X 50mm X 50mm; 步骤二中，所述熔炼是在中频感应熔炼炉内进行的，且在中频感应加热、抽真空、氩气 底吹过程中完成的； 优选地，步骤二的熔炼包括先后进行的第一子步骤和第二子步骤，所述第一子步骤中， 抽真空至所述中频感应熔炼炉内压强彡l〇Pa;加热温度为580-620 °C，加热时间为30-45min，更优选加热温度为595-605 °C，加热时间为40min;所述第二子步骤中，进行氩气底 吹，氩气速度为800-1200C3/min，氩气速度优选为1000C 3/min，使中频感应熔炼炉内压强保 持在0.045Mpa，此时继续加热升温至680-750 °C进行熔炼，更优选加热升温至715-725 °C进 行恪炼，并恒温保温15_30min，更优选恒温保温为20min。3. 根据权利要求1所述的铝合金半固态挤压铸造的方法，其特征在于， 步骤三中，所述弯曲通道为准蛇形通道或螺形管通道;优选地，所述弯曲通道设置有3-5个弯道；进一步地，所述液态铝合金注入所述保温装置时的流速为0.2-lkg/s，优选为 0.5kg/s； 步骤三中，所述保温的温度为550-620°C，保温的时间为15-20min。4. 根据权利要求1所述的铝合金半固态挤压铸造的方法，其特征在于，步骤四中，所述 挤压成型的挤压压强为80-120MPa，保压时间为15-30s，保温性挤压模具的温度为180-220 °C ;优选地，挤压压强为lOOMpa，保压时间为20s，保温性挤压模具的温度为200°C ; 优选地，步骤四中，在所述铝合金半固态浆料浇注到挤压模具之前还包括挤压模具的 型腔表面预处理：用涂覆剂均匀涂覆所述挤压模具的型腔表面，涂覆层厚度为〇. 3-0.5mm; 所述涂覆剂的配制方法包括如下步骤:称取一定量的氧化锌和水玻璃，加入一定量的去离 子水，搅拌均匀得到乳白色悬浮状液体，即涂覆剂;更优选地，所述氧化锌、水玻璃与去离子 水的质量比为4-6:1:40-60;所述搅拌的转数为40-60r/min，搅拌时间为60-90min，进一步 地，所述搅拌的转数为50r/min，搅拌时间为80min。5. 根据权利要求1所述的铝合金半固态挤压铸造的方法，其特征在于，步骤五中在所述 挤压成型处理完成后继续施压15-20S; 优选地，步骤五之后还包括热处理步骤，具体方法如下：首先进行固溶处理，固溶温度 535 ± 5°C，固溶时间5h;然后采用75-85 °C的温水淬火;之后进行时效处理:时效温度为200 ± 5 °C，时效时间4h，最后空冷至室温。6. -种制备铝合金半固态浆料用浇口，其特征在于，所述浇口具有弯曲通道或倒置锥 形通道;优选地，所述弯曲通道设置有3-5个弯道。7. -种铝合金半固态挤压铸造的系统，其特征在于，包括： 铝合金半固态浆料制备装置，包括:权利要求6所述的浇口和保温装置;其中： 所述浇口设置于所述保温装置的入口处且与所述保温装置内部连通，用于接收熔炼得 到的液态铝合金并初步制备所述铝合金半固态浆料;所述保温装置用于接收通过所述浇口 的初步制备得到的所述铝合金半固态浆料并保温，以形成组织均匀的铝合金半固态浆料； 挤压成型装置，包括保温性挤压模具，用于将来自所述保温装置的所述铝合金半固态 浆料挤压成型。8. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括:铝合金半固态浆料输送 装置，用于将所述铝合金半固态浆料输送至所述保温性挤压模具中；其中所述铝合金半固 态浆料输送装置包括:保温性输料管，进口与所述保温装置的出口连接，出口伸入所述挤压 成型装置内且与所述保温性挤压模具对齐;和电磁栗，设置于所述保温性输料管进口与出 口之间； 优选地，所述电磁栗通过可编程逻辑控制器控制，以实现自动和定量浇注； 更优选地，所述保温性输料管由内至外依次由输料管加热丝、输料管保温棉、壳体构 成； 进一步地，所述保温性输料管由头尾相接的第一水平部、与所述第一水平部垂直的第 一竖立部、与所述第一竖立部垂直的第二水平部、与所述第二水平部垂直的第二竖立部构 成，其中所述第一水平部的头端与所述保温装置的底部出口相连，水平延伸一定距离后来 到所述第一水平部的尾端，在所述第一水平部的尾端向上弯曲延伸一定距离后来到所述第 一竖立部的尾端，在所述第一竖立部的尾端弯曲后水平延伸一定距离形成所述第二水平 部，并在所述第二水平部的尾端向下弯折形成所述第二竖立部，在所述第二竖立部的尾端 为向所述凹模内浇注所述铝合金半固态浆料的开口； 进一步地，所述电磁栗设置在所述保温性输料管的第一竖立部内。9. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述挤压成型装置包括挤压机、保温性挤 压模具、推板、顶杆;所述挤压机包括设置于上部的主油缸、设置于下部的副油缸和底座;所 述保温性挤压模具包括相对设置的凸模和凹模，所述凸模由第一螺钉和第一固定板与所述 挤压机连接，所述凸模的内部设置有加热棒;所述凹模由第二螺钉和第二固定板与所述挤 压机连接，所述凹模的内部设置有加热丝;所述推板设置于所述副油缸的顶端，所述推板的 上表面连接有顶杆，用于将挤压铸造成型的铸件顶出。10. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于， 所述保温装置包括:位于内层的保温加热丝;位于所述保温加热丝之外的外层保温棉； 优选地，所述铝合金半固态浆料制备装置还包括:套筒，用于固定所述浇口于所述保温 装置入口处;和支撑所述套筒的升降装置，用于移动所述浇口；更优选地，所述铝合金半固 态浆料制备装置还包括小车，所述升降装置固定于所述小车上，所述保温装置放置于所述 小车上。
【文档编号】B22D17/20GK106077558SQ201610446993
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】侯华, 田晋忠, 鲁若鹏, 程书建, 赵宇宏, 王冰
【申请人】中北大学