半固態(tài)成形坯料制備
2019-12-06 14:20 ?瀏覽:次
電磁攪拌法克服了機(jī)械法的一些缺點(diǎn),成為制備半固態(tài)成形坯料的主要工藝,在鋁、鎂合金零件半固態(tài)成形中獲得了較多的應(yīng)用。
電磁攪拌法
此法是利用旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)在金屬熔體中產(chǎn)生感應(yīng)電流,熔體便在洛倫茲力作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),攪拌熔體。這是非接觸式的攪拌工藝,克服了機(jī)械攪拌法的一些缺點(diǎn)。從攪拌時(shí)熔體的流動(dòng)方式來(lái)分有水平式的與垂直式的,從旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的方式來(lái)分有交變磁場(chǎng)與永磁場(chǎng)的。
電磁攪拌法的主要工藝參數(shù)有:攪拌功率、冷卻速度、熔體溫度、澆注速度。鎂熔體在電磁攪拌時(shí)產(chǎn)生三維流動(dòng),攪拌效果有較大提高,錠坯組織為球狀等軸晶,細(xì)小均勻,平均尺寸通??蛇_(dá)60μm,克服了機(jī)械攪拌的缺點(diǎn),不污染熔體和漿料,不卷入氣體,可實(shí)現(xiàn)連續(xù)鑄造,生產(chǎn)效率高,工藝參數(shù)易控制,不過(guò)設(shè)備投資大,工藝復(fù)雜,生產(chǎn)成本高,適于大批量生產(chǎn),也不能生產(chǎn)直徑大于150mm的錠坯,同時(shí)錠坯內(nèi)外層組織有一定差別。
當(dāng)前獲得旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方法有三種:向結(jié)晶器外線圈通以交變電流,利用其端部效應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)列的電磁攪拌;在結(jié)晶器外裝設(shè)兩極定子,以產(chǎn)生攪拌熔體磁場(chǎng);在結(jié)晶器外裝設(shè)旋轉(zhuǎn)永久磁鐵產(chǎn)生攪拌磁場(chǎng)。與多相電機(jī)定子相比,永久磁鐵感應(yīng)器并不算大,因而現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)半連續(xù)鑄造機(jī)不需作大的改造即可裝設(shè)。不過(guò)為了延長(zhǎng)攪拌時(shí)間,感應(yīng)器制得相當(dāng)高,約700mm;電能消耗低,為2kWh/t左右,因?yàn)榇艌?chǎng)是永久磁鐵產(chǎn)生的,無(wú)任何作用與反作用能耗,功率因素幾乎等于1,設(shè)備投資低。
電磁攪拌效果除與剪切速率有關(guān)外,控制顯微組織關(guān)鍵因素是熔體放熱率,也就是說(shuō),應(yīng)精心嚴(yán)格控制熔體溫度、冷卻強(qiáng)度、鑄造速度、潤(rùn)滑方式、潤(rùn)滑劑流量等工藝參數(shù)。
固相法
此法是以粉末冶金法、噴射沉積法制備等軸球形晶粒組織的合金錠坯,將其加熱到半固態(tài)溫度,以獲得具有球狀晶體懸浮于熔體中的半固態(tài)漿料;或是采用擠壓、拉拔、軋制、鍛造、扭轉(zhuǎn)等工藝將常規(guī)鑄造的合金錠強(qiáng)烈地塑性變形,破壞錠的枝晶組織,然后將其加熱再結(jié)晶溫度以上的某一溫度使之再結(jié)晶,獲得細(xì)小的球形等軸晶組織,隨后將坯料加熱到固-液兩相線之間的溫度形成半固態(tài)漿料,該法又被稱(chēng)為應(yīng)變誘發(fā)激活法(Strain-induced melt activation,簡(jiǎn)稱(chēng)SIMA)。與其他工藝相比,它增加了一道壓力加工變形與再結(jié)晶退火,且只適合制造直徑≤60mm的坯料。
中國(guó)江蘇豪然噴射成形合金有限公司位于江蘇鎮(zhèn)江新區(qū),是中國(guó)唯一的以噴射沉積法商業(yè)化生產(chǎn)金屬錠坯的企業(yè),可以生產(chǎn)微米級(jí)與納米級(jí)的均勻的球形半固態(tài)成形錠坯,有圓形坯、扁形坯與管坯,錠坯尺寸廣,同時(shí)不受合金成分限制,有些無(wú)法用常規(guī)鑄錠鑄造的合金,可較易地用噴射沉積法生產(chǎn)。豪然噴射成形合金有限公司的高技術(shù)產(chǎn)品已在航空航天器、武器與軍工裝備方面獲得了應(yīng)用,并正在開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域。
豪然噴射成形合金有限公司成立于2008年,研發(fā)制造了一批高端合金材料,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)多項(xiàng)空白,打破了國(guó)外的技術(shù)封鎖,為國(guó)內(nèi)航空航天、軍工等高端制造業(yè)發(fā)展,提供了一批又一批高強(qiáng)高韌高溫輕質(zhì)材料,在它們的裝備制造中起了關(guān)鍵性作用。當(dāng)前,該公司握有自主發(fā)明的噴射成形工藝專(zhuān)利,成為該領(lǐng)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定者,并擁有自主發(fā)明的噴射成形裝備及自動(dòng)控制系統(tǒng),被認(rèn)定為江蘇省“首臺(tái)套”重大裝備及關(guān)鍵部件。
其他方法
控制熔體凝固速度,添加晶粒細(xì)化劑或變質(zhì)劑,可以抑制枝晶生長(zhǎng),可形成球狀晶粒組織,再加熱到固-液兩相區(qū)溫度也可以獲得半固態(tài)坯料。采用此法在實(shí)驗(yàn)成功地制造出半固態(tài)AZ91D合金半固態(tài)料,主要工藝參數(shù)為:細(xì)化劑種類(lèi)及加入量,熔體溫度與保溫時(shí)間等。
近些年來(lái),又研發(fā)成功一些新的制備等軸晶組織半固態(tài)錠坯工藝,如澆注溫度控制法、超聲波處理法、剪切-冷卻-滾動(dòng)法等。挪威海德魯鋁業(yè)公司(Hydro Aluminium Com.)采用添加晶粒細(xì)化劑與特殊凝固條件相結(jié)合的工藝制得了球形細(xì)晶粒組織AZ91合金半固態(tài)坯料。