液相线模锻制备半固态坯料方法

摘要

本发明提出一种液相线模锻制备半固态坯料方法,在熔化炉内,按要求将合金成分熔配好,然后注入保温浇包内,进行调温至高于合金液相线3－5℃。待保温浇包内温度均匀化到所需温度后,再将保温浇包内的熔体,注入模膛内,并施以机械静压力和保压,便可获得细小、球晶结构的半固态坯料和制件。本发明为半固态成形在金属加工领域的推广应用,将产生积极的效果。

说明书

本发明提出一种液相线模锻制备半固态坯料方法。

半固态制备方法甚多，但目前已成功利用于生产仅电磁搅拌法。但它耗能大，不适用大规格(＞φ152mm)坯料的制备，亦不能直接制成零件。应变诱发熔化激活法(SIMA)，具有工业应用的潜力，但增加一道预变形工序，提高了坯料成本，同时，它仅适用于小规格坯料，亦不能直接成形零件。另外，还有可控冷却凝固法和液相线铸造法。但这些方法均在研究中，坯料规格也受到限制，且不能直接成形零件。

本发明的目的针对现有技术存在的不足，提出一种液相线模锻制备半固态坯料方法。

半固态坯的组织特征：细小、非枝晶组织。而在通常条件下，几乎所有工业应用的合金，均以枝晶而形成。本发明原理：破坏枝晶形成的形核条件和长大条件：①低温浇注。控制在高于液相线温度3-5℃进行浇注；②加压整体效应。多数合金在高压下凝固时，合金凝固点温度随压力增加呈直线上升；合金受压是在封闭模膛进行，压力遍及整个合金液，不论外层，还是内层，均受同一大小压力，产生同一凝固点上升的效果。这样，当合金浇入模膛后，处于零过热状态，随即施压，合金凝固点上升，整个合金液同时进入过冷状态，实现整体同时成核。在以后的晶核长大联结过程中，受到邻近晶核长大的阻力是很大的，没有形成发达枝晶的条件。最后形成的组织，必然是细小、枝晶不发达的组织。在触变成形前坯料二次加热过程中，并进一步球化，最后形成球晶的半固态组织。

本发明按以下步骤实现：

第一步，在熔化炉内，进行合金配料，熔化。

第二步：低温浇注。浇注前对合金液进行调温至高于合金液相线3-5℃。

第三步：加压。压力大于100MPa。

第四步：保压。保压时间按制件的最小尺寸每一毫米保压0.5秒到1.5秒选定。

第五步：将制件从模具中顶出。

本发明工艺参数：

①模具温度：＞400℃；

②比压：＞100MPa；

③保压时间：0.5-1.5sec/mm；

④润滑：油剂胶体石墨；

⑤浇注温度。

不同合金，浇注温度不同。一般合金液相线以上3-5℃，如下表所示：

    合金半固态温度区间，℃保温炉温度，℃  浇注温度，℃  LY12(2024)  LD10(2014)  LC₉(7075)  ZM₅  ZM₁₀  AZ918  AM60A  AS41A  ZcuSnPb5Zn5  ZcuSn8Zn4  ZcuSn10Zn2    502-638    507-638    477-635    430-600    400-600    470-595    540-615    565-620    853-1009    854-1000    854-1000    643    643    640    605    605    600    620    625    1014    1005    1005    641    641    638    603    603    598    618    623    1012    1003    1003

本发明工艺简便，坯料规格不限，还可以直接制备零件，质量稳定且成本低廉，为半固态成形在金属加工领域的推广应用，将产生积极的效果。

实施例1：

LD10棒材半固态成形

          棒材规格：φ120×250mm

              组织：初生晶粒度＜100μm

          力学性能：在CS状态下，б_0.2≥380Mpa，б_b≥480Mpa，

                    б≥10％

          工艺参数：模具温度＞400℃，比压＞100MPa

          保压时间：60sec，浇注温度641℃

              润滑：油剂胶体石墨

实施例2：

AlSi₁₇Mg微型汽车活塞半固态成形

1)仿实例1制成棒坯φ62×125，其工艺参数：模具温度＞400℃，比压＞100MPa，保压时间40sec，浇注温度620℃，润滑：由剂胶体石墨；

2)剪切成φ62×40；

3)触变成形：模具温度＞300℃，比压＞100MPa，保压时20sec，半固态坯二次加热温度580℃；

4)力学性能：CS状态下：б_b≥270Mpa，б_0.2≥2％。