一种细化金属凝固组织的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种细化金属凝固组织的装置，属于材料科学【技术领域】。装置结构包括熔炼装置、半固态浆料制备装置和盛放坯料装置，半固态浆料制备装置的主体是内部有通道且带有控温装置的倾斜板，倾斜板内部通道的长度为80～100mm、通道的宽度是50～100mm、高度为5～50mm，倾斜板固定后内部通道与水平面的夹角为10～70°；通道的上端入口与熔炼装置相连、下端出口对准盛放坯料装置。装置结构简单，操作简单方便，设备成本低，可以与后续的成型设备连接，直接加工铸件。
【专利说明】一种细化金属凝固组织的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种细化金属凝固组织的装置，属于材料科学【技术领域】。
【背景技术】
[0002]半固态成型技术，简称SSM，是由美国麻省理工学院的M.C.Flemings在20世纪70年代提出的，该技术是在金属液凝固过程中，对其进行剧烈搅拌、扰动、改变晶粒细化剂或进行快速凝固，即改变出生固相的形核长大过程，得到一种液态金属母液中均匀的悬浮着一定球状初生固相的固-液混合浆料。这种半固态金属浆料具有很好的流动性，易于通过普通的加工方法制成成品。
[0003]半固态成形技术是一种金属成形的新技术，与普通的成形技术相比，其具有很多独特的优点:(I)半固态浆料不存在宏观偏析，并且晶粒细小、均匀、圆整度高，大大减少了铸件内的裂纹，空洞，成分偏析等铸造缺陷，可以得到优质的铸件；(2)半固态浆料的粘度比液态金属高，容易控制，成形时不易喷溅，改善了冲型过程，可以减少金属的裹气和氧化，挺高成形件的致密性；(3)半固态浆料的冲型温度低，降低了模具的热负荷，从而增加了模具的使用寿命；(4)加热半固态浆料比金属坯体的温度低，可以大大的节约能源；(5)半固态浆料成形应力低，成形速度高，可以成形复杂的零件，缩短了加工周期，降低了生产成本，提闻了生广效率，易于实现自动化。
[0004]半固态成形技术中一个关键问题就是制备优质的半固态浆料，其核心是如何获得具有等轴、细小、均匀的非支晶初生相的半固态浆料。目前半固态的制浆方法主要有两大类:一类是在外力和外电场作用下打破已成形的枝晶，主要包括机械搅拌法，电磁搅拌法，应变诱发熔体激活法，喷射沉积法，等温热处理法，倾斜板冷却法等；另一类是通过控制凝固过程来抑制枝晶成形的方法，主要包括添加剂法等。以上各种制备半固态浆料的方法都各自有自己的优缺点，也被广泛的应用于金属材料的研究与制备中。到目前为止，半固态金属成形技术已经被广泛的应用于铝基及镁基合金。
[0005]倾斜板冷却法是1996年由日本宇部株式会社实用新型用于制造铝合金和镁合金半固态浆料的新工艺，该方法的成形过程为:将高于金属液相线某一温度的金属液流经由石墨或者是合金钢做成的倾斜板冷却体上，通过冷却体的激冷作用，金属液快速形核长大，并且由于在流淌的过程中金属熔体内部晶粒间不断的相互剪切、碰撞、摩擦，最终得到细小、均匀的球状先共晶组织。该技术原理具有工艺简便、设备成本低、占地面积小、生产效率高等优点，易于实现等优点是其他技术所无法比拟的。
[0006]利用倾斜板制备半固态浆料的方法其核心技术是在于通过控制金属液的浇注温度，倾斜板与水平面之间的夹角，倾斜板长度，是否对倾斜板进行预热以及预热温度等工艺参数来得到等轴，细小，均匀的非枝晶初生相的半固态浆料。所以可以利用这一原理将倾斜板制造半固态浆料的原理运用到金属晶粒细化上来。到目前为止，国内外细化晶粒的方法都是借助外来的能量，如:振动、搅拌、对流和超声波处理等；或是加入一些孕育剂增加非自发形核来达到细化晶粒的目的。但是外来能量需要特殊的设备，在实际工业生产中很难实现；添加孕育剂成本高，工艺复杂而且会使金属液中外来颗粒，夹杂增加，降低成形后金属件的塑性。
实用新型内容
[0007]为了在简单的设备条件下制备出不影响金属件性能的细小的金属凝固组织，本实用新型提出一种细化金属凝固组织的装置。
[0008]本实用新型的装置结构包括熔炼装置、半固态浆料制备装置和盛放坯料装置，半固态浆料制备装置的主体是内部有通道且带有控温装置的倾斜板14，倾斜板14内部通道的长度为80?100mm、通道的宽度是50?100mm、高度为5?50mm，倾斜板14固定后内部通道与水平面的夹角为10?70° ;通道的上端入口与熔炼装置相连、下端出口对准盛放坯料装置3。
[0009]所述倾斜板14与水平面的夹角为10?70°，内部通道自上往下设置3?10°的
偏移角度，便于清理。
[0010]所述倾斜板14的控温装置是在倾斜板14的内部有加热器8和导热油9，倾斜板的上端和下端分别安装有出油口 6和进油口 12，倾斜板内部有热电偶10控温。
[0011]所述熔炼装置为保温炉4内部放置有坩埚2，坩埚2的底端通过锥形棒I控制开关，熔炼装置通过漏斗3将金属液5导入倾斜板装置。
[0012]所述倾斜板14通过支架11固定在地面。
[0013]本实用新型针对的方法是将金属液流经一个带有预热装置，并且倾斜通道较短的倾斜板，由于倾斜板的激冷作用，金属液在倾斜板上受到深度过冷，金属熔体大量形核，此时由于倾斜通道较短，熔体受到的冷却时间较短，快速形成的晶核大部分还来不及长大就脱离了倾斜板，所以得到的晶粒细小，并且通过导热油对倾斜板的温度进行控制，防止倾斜板升温，保证了其持续的激冷作用，在连续的浇注过程中不断获得细小，圆整，均匀的组织。获得细小组织以后通过各种成型方法得到性能优越的铸件。
[0014]本实用新型提供的细化金属凝固组织的装置，其核心是利用倾斜板作为细化金属凝固组织的冷却体，倾斜板上流淌有金属液，倾斜板是在长方体内部开的以各半封闭的通道，为了以后方便清理倾斜板上设置了角度为3?10度的锥度，倾斜板是由45钢制成，在倾斜通道内部的各个表面上都涂有石墨涂料，在倾斜板的底部设有一个内部有加热器的保温箱，保温箱的上方设有出油口，下方有进油口，侧面还设有热电偶对保温箱内的导热油进行测温，倾斜板的下方与水槽或者成型设备相连，上端与调温浇注设备的浇注口相连，调温浇注设备为现有倾斜板法制备半固态浆料的设备，包括炉体，设于炉体内的坩埚和设于炉体上方的锥形棒，所属倾斜板与地面的倾斜角度可调，角度控制在10?70°，由支架11控制，如图1、图2。
[0015]工作时:将熔炼好的金属液倒入坩埚2中，通过连接到保温炉上的温控系统监控金属液的温度，当金属液的温度达到液相线温度以上30?100°C时，通过提拉保温炉中的锥形棒将金属液浇注到漏斗中，金属液自漏斗往下流，流到倾斜板上并沿倾斜板向下流淌，最终流到水槽或者成型装置中，即获得细小，圆整，均匀的金属凝固组织。
[0016]以下通过实施的例子对本装置的效果法做进一步的描述。选用材料为高铬铸铁，工艺参数:倾斜板长度为100mm，浇注温度为1350?1450°C，倾斜板倾斜角度为10°?70°，倾斜板预热温度为25~150°C。
[0017]根据上述工艺参数范围的实施例见下表:
[0018]
【权利要求】
1.一种细化金属凝固组织的装置，其特征在于:包括熔炼装置、半固态浆料制备装置和盛放坯料装置，半固态浆料制备装置的主体是内部有通道且带有控温装置的倾斜板(14)，倾斜板(14)内部通道的长度为80?100mm、通道的宽度是50?100mm、高度为5?50mm，倾斜板(14)固定后内部通道与水平面的夹角为10?70° ;通道的上端入口与熔炼装置相连、下端出口对准盛放坯料装置(3 )。
2.根据权利要求1所述的细化金属凝固组织的装置，其特征在于:所述倾斜板(14)与水平面的夹角为10?70°，内部通道自上往下设置3?10°的偏移角度。
3.根据权利要求1所述的细化金属凝固组织的装置，其特征在于:所述倾斜板(14)的控温装置是在倾斜板(14)的内部有加热器(8)和导热油(9)，倾斜板的上端和下端分别安装有出油口(6)和进油口( 12)，倾斜板内部有热电偶(10)控温。
【文档编号】B22D1/00GK203737962SQ201320671060
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】周荣锋, 王慧, 蒋业华, 周荣 申请人:昆明理工大学