一种电磁成形与二次重熔复合制备铝合金半固态坯料工艺

摘要

一种电磁成形与二次重熔复合制备铝合金半固态坯料工艺，选择铝合金棒料，利用电磁成形装置对该铝合金棒料进行塑性变形，并使其产生塑性应变，随后将产生塑性应变的金属棒料推进到中频感应加热装置中进行二次重熔处理，从而制备出具有细小均匀非枝晶近球状微观组织的铝合金半固态坯料，本发明具有工艺流程简单，成本低，效率高且成形性能优越等特点。

说明书

技术领域

本发明属于金属半固态坯料制备技术领域，尤其涉及一种电磁成形与二次重熔复合制备铝合金半固态坯料工艺。

背景技术

半固态加工是20世纪70年代美国麻省理工学院的Flemings教授提出的一种金属成形方法。所谓半固态加工，就是将金属加热到固相线和液相线之间的温度，保温一定时间，以获得球形或者近球形的晶粒，然后再对其进行成形的工艺技术，球形或者近球形的半固态浆料，具有流动性好、成形力低及成形后的零件性能好等优点，因此该工艺受到越来越多的重视。

在半固态成形过程中，如何获得具有非枝晶细小均匀近球状微观组织的半固态浆料是一个非常关键的环节，该环节直接决定了后续半固态成形的成功与否，到目前为止，虽然人们已经开发了许多制备金属半固态浆料的新工艺和新技术，如电磁搅拌法、机械搅拌法、超声振动法、应变诱发熔化激活法(SIMA)、热处理法、半固态等温转变法、喷射沉积法等，但成功商业应用的球状或粒状初晶半固态金属浆料和连铸坯料生产技术只有电磁搅拌和应变诱发熔化激活法(SIMA)。

电磁搅拌法的原理是：利用旋转电磁场在熔融金属中产生感应电磁场，熔融金属在洛仑磁力的作用下产生剧烈的运动，以获得理想的半固态浆料。该方法的突出优点在于非接触式搅拌法，有效克服了类似于机械搅拌的叶片或搅拌棒腐蚀污染的问题，另外具有搅拌参数控制灵活方便、易调节等优点。目前，在有色金属半固态浆料制备中，电磁搅拌法应用最为广泛，已经应用在工业生产上，但是也存缺点：①黑色金属熔点高、熔体导电率低，从而给半固态浆料的制备带来很大的困难，如所需的搅拌功率大、搅拌时间长；②由于趋肤效应，半固态浆料中的洛仑磁力从中心到周边逐步增强，因此直径大于150mm的坯料不宜采用电磁搅拌法，且坯料组织在横断面上并不均匀；③电磁搅拌法制备半固态浆料过程中，要产生交变磁场，因此电能消耗大、成本高，并且当熔融金属四周形成凝固外壳时，搅拌效果不佳。

应变诱发熔化激活法(SIMA)的原理是：首先要铸造出常规铸锭，再对其进行塑性变形使材料产生一定的应变，然后加热到固液两相区以得到半固态金属浆料(组织为球状)，再进行半固态成型。该法免去了液态金属的处理工序，高、低熔点合金均可应用，工艺简单，易实现自动化。尤其是该法可以按部件的体积大小来下料，使坯料的体积正好能满足最终产品的体积要求，这样可以大大节省原材料，做到无废料或少废料生产(近终成型)，从而显著降低产品的加工成本。应变诱发熔化激活法(SIMA)的关键技术是如何的对铸造出的常规铸锭进行塑性变形，目前常用的方法是对铸锭进行镦粗、挤压或轧制等塑性变形处理，但都存在变形量小、变形效率低的问题，因此，目前球状或粒状初晶半固态金属浆料或连铸坯料的制备技术仍然制约着半固态金属成形技术的应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电磁成形与二次重熔复合制备铝合金半固态坯料工艺，简化制备半固态坯料的工艺流程，降低成本，提高成形质量。

为了达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种电磁成形与二次重熔复合制备铝合金半固态坯料工艺，包括如下步骤：

1)选料：选择铝合金棒料1；

2)电磁成形：利用电磁成形装置2对铝合金棒料1进行塑形变形并使其产生塑性应变，具体为：

2.1)开启电磁成形装置2并逐渐水平推进铝合金棒料1向电磁成形装置2内部移动，于是，通有强脉冲电流的配置在电磁成形集磁器2-1外的电磁成形螺线管2-2将产生强脉冲磁场，且在电磁成形集磁器2-1的作用下，对接近电磁成形集磁器2-1的铝合金棒料1产生塑性变形，并形成初始变形状态铝合金棒料1-1；

2.2)在电磁成形装置2的作用下，继续水平推进铝合金属棒料1，形成中间变形状态铝合金棒料1-2；

2.3)在步骤2.2)的基础上，继续水平推进铝合金属棒料1，形成最终变形状态铝合金棒料1-3，随即关闭电磁成形装置2；

3)二次重熔：将上述步骤2)中制备的最终变形状态铝合金棒料1-3，继续推进到铝合金半固态坯料1-4的位置，接着，开启中频感应加热装置4，于是，通有中频电流及冷却水的配置在耐热坩埚4-1外的空心紫铜螺线管4-2将产生强的交变磁场并穿透耐热坩埚4-1而作用在最终变形状态铝合金棒料1-3上，即对其进行二次重熔处理，其中二次重熔时的温度在铝合金半固态区间范围内选取，保温时间选取5～30min，二次重熔完成后即得到具有细小均匀非枝晶微观组织的铝合金半固态坯料1-4。

所述的电磁成形装置2和中频感应加热装置4之间设置有隔磁环3。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

(1)本发明先通过电磁成形装置2完成对铝合金棒料1的塑性变形，再将产生塑性变形的铝合金棒料1推进到中频感应加热装置4进行二次重熔，从而完成具有细小均匀非枝晶微观组织的半固态坯料制备，简化了制备半固态坯料的工艺流程，降低了成本，提高了成形质量。

(2)本发明通过电磁成形装置2完成对铝合金棒料1的塑性变形，具有变形质量好、变形效率高的特点。

(3)通过本发明制备的半固态坯料，即可直接通过冷却器冷却从而得到能够方便运输的半固态坯料，也可直接用于半固态流变成形。

附图说明

图1是本发明所用装置的结构示意图。

图2是本发明所用装置的三维示意图。

图3是本发明中通过电磁成形装置2对铝合金棒料1进行塑性变形时的初始状态示意图。

图4是通过电磁成形装置2对铝合金棒料1进行塑性变形时的中间状态示意图。

图5是通过电磁成形装置2对铝合金棒料1进行塑性变形时的最终状态示意图。

图6是通过中频感应加热装置4对铝合金棒料1进行二次重熔时的示意图。

图7是实施例制备的铝合金半固态坯料的微观组织图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作详细说明。

本实施例选用的铝合金材料为A356.2，二次重熔温度为580℃，保温时间为10min。

一种电磁成形与二次重熔复合制备铝合金半固态坯料的工艺，包括以下步骤：

1)选料：选择铝合金棒料1，此处铝合金棒料1的材料为A356.2；

2)电磁成形：参照图1及图2，利用电磁成形装置2对铝合金棒料1进行塑形变形并使其产生塑性应变，具体为：

2.1)参照图3，开启电磁成形装置2并逐渐水平推进铝合金棒料1向电磁成形装置2内部移动，于是，通有强脉冲电流的配置在电磁成形集磁器2-1外的电磁成形够螺线管2-2将产生强脉冲磁场，且在电磁成形集磁器2-1的作用下，对接近电磁成形集磁器2-1的铝合金棒料1产生塑性变形，并形成初始变形状态铝合金棒料1-1；

2.2)参照图4，在电磁成形装置2的作用下，继续水平推进铝合金属棒料1，形成中间变形状态铝合金棒料1-2；

2.3)参照图5，在步骤2.2)的基础上，继续水平推进铝合金属棒料1，形成最终变形状态铝合金棒料1-3，随即关闭电磁成形装置2；

3)二次重熔：参照图6，将上述步骤2)中制备的最终变形状态铝合金棒料1-3，继续推进到铝合金半固态坯料1-4所示的位置，接着，开启中频感应加热装置4，在电磁成形装置2和中频感应加热装置4之间设置有隔磁环3，防止在开启电磁成形装置2或中频感应加热装置4时，他们之间产生相互影响，于是，通有中频电流及冷却水的配置在耐热坩埚4-1外的空心紫铜螺线管4-2将产生强的交变磁场并穿透耐热坩埚4-1而作用在最终变形状态铝合金棒料1-3上，即对其进行二次重熔处理，其中二次重熔温度为580℃，保温时间为10min，二次重熔完成后即可得到具有细小均匀非枝晶微观组织的铝合金半固态坯料1-4，具体微观组织图参照图7。