一種鋁合金半固態擠壓鑄造的方法及系統技術方案

本發明專利技術涉及一種鋁合金半固態擠壓鑄造的方法及系統，屬有色金屬材料制備及應用的技術領域。該方法包括如下步驟：先將鋁合金塊體切制成鋁合金小塊體后分別用鋁箔包覆，然后將包覆的鋁合金小塊體預熱；將預熱好的所述鋁合金小塊體熔煉，得到液態鋁合金；將液態鋁合金通過具有彎曲通道或倒置錐形通道的澆口注入到保溫裝置中進行保溫，得到鋁合金半固態漿料；將鋁合金半固態漿料澆注到保溫性擠壓模具，進行擠壓成型處理；最后在所述擠壓成型處理完成后繼續施壓，之后頂出鑄件，空冷，最終得到鋁合金半固態擠壓鑄件。此制備方法工藝先進，工序嚴密，數據精確翔實，制備鋁合金半固態擠壓鑄件熱處理后硬度可達82.9HB，抗拉強度可達279Mpa。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種鋁合金半固態擠壓鑄造的方法及系統，屬有色金屬材料制備及應用的

技術介紹
鋁合金是有色合金，具有較好的強度、韌性、導電性、導熱性，常用作結構材料，在航空航天、電子工業、汽車制造領域得到了廣泛的應用；但鋁合金抗拉強度低、硬度低、耐腐蝕性差，使其在工業上的應用受到了限制。當前應用較為廣泛的鋁合金成型方法為壓力鑄造。但是，壓鑄件容易出現氧化、氣孔等缺陷，導致鑄件的力學性能下降。半固態擠壓鑄造方法，是一種近凈成形的方法，具有加工溫度低、可熱處理強化、節約成本等優點。目前，鋁合金半固態擠壓鑄造方法還處于研究階段，其工藝技術還有待提高。現階段半固態成型發展瓶頸主要是：1)制備半固態漿料工藝穩定性差，制備成本較高；2)半固態漿料轉移難度較大，不能使半固態漿料順利的轉移到成型模具中進行加工成型。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術的目的在于提供一種鋁合金半固態擠壓鑄造的方法及系統。該方法以鋁合金為原材料，經在真空熔煉爐熔煉、漿料制備、擠壓成型，以提高鋁合金材料的力學性能。本專利技術提出一種簡便的半固態漿料制備方法和系統，同時也實現半固態漿料自動澆注、定量澆注，解決 了半固態成型過程中漿料轉移難題，同時降低了半固態漿料制備成本。為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種鋁合金半固態擠壓鑄造的方法，包括如下步驟：步驟一，鋁合金預處理：先將鋁合金塊體切制成鋁合金小塊體后分別用鋁箔包覆，然后將包覆的鋁合金小塊體預熱；步驟二，熔煉：將預熱好的所述鋁合金小塊體熔煉，得到液態鋁合金；步驟三，鋁合金半固態漿料的制備：將步驟二得到的液態鋁合金通過具有彎曲通道或倒置錐形通道的澆口(即具有彎曲通道或倒置錐形通道的模具)注入到保溫裝置中進行保溫，得到鋁合金半固態漿料；步驟四，擠壓成型處理：將步驟三得到的所述鋁合金半固態漿料澆注到保溫性擠壓模具，進行擠壓成型處理；步驟五，脫模冷卻：在所述擠壓成型處理完成后繼續施壓，之后頂出鑄件，空冷，最終得到鋁合金半固態擠壓鑄件。本專利技術的技術原理是：1)采用彎曲通道或倒置錐形通道，優選為準蛇形通道法制備金屬半固態漿料，工藝簡單，制備成本較低，利用準蛇形通道的自攪拌作用，打碎枝晶；同時準蛇形通道澆口溫度較低，合金液獲得較大的過冷度，大量形核，細化晶粒，最終得到半固態漿料；2)采用電磁泵澆注，半固態漿料在洛倫茲力的作用下，澆注到擠壓模具型腔；更優選地，通過可編程邏輯控制器(PLC)控制，實現自動澆注和定量澆注。上述鋁合金半固態擠壓鑄造的方法中，作為一種優選實施方式，步驟一中，所述預熱的溫度為180-220℃(比如182℃、185℃、188℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、218℃)，更優選為195℃-205℃，所述預熱的時間為10-25min(比如11min、13min、15min、18min、21min、23min、24min)，更優選所述預熱的時間為15min。上述鋁合金半固態擠壓鑄造的方法中，作為一種優選實施方式，步驟一 中，所述鋁合金小塊體尺寸(即長×寬×高)≤50mm×50mm×50mm。上述鋁合金半固態擠壓鑄造的方法中，作為一種優選實施方式，步驟二中，所述熔煉是在中頻感應熔煉爐內進行的，且在中頻感應加熱、抽真空、氬氣底吹過程中完成的。上述鋁合金半固態擠壓鑄造的方法中，作為一種優選實施方式，步驟二的熔煉包括先后進行的第一子步驟和第二子步驟，所述第一子步驟中，抽真空至所述中頻感應熔煉爐內壓強≤10Pa；加熱溫度為580-620℃(比如582℃、585℃、590℃、595℃、600℃、605℃、610℃、615℃、618℃)，更優選為595-605℃；加熱時間為30-45min(比如31min、33min、35min、38min、41min、43min、44min)，更優選為40min；所述第二子步驟中，進行氬氣底吹，氬氣速度為800-1200C3/min(比如810C3/min、830C3/min、850C3/min、900C3/min、950C3/min、1000C3/min、1150C3/min、1170C3/min、1190C3/min、1200C3/min)，氬氣速度優選為1000C3/min，使中頻感應熔煉爐內壓強保持在0.045Mpa，此時繼續加熱升溫至680-750℃進行熔煉(比如685℃、690℃、695℃、700℃、710℃、720℃、730℃、735℃、740℃、745℃)，更優選加熱升溫至715-725℃進行熔煉，并恒溫保溫15-30min(比如16min、18min、20min、24min、26min、28min、29min)，更優選恒溫保溫為20min。優選理由：第一子步驟更優先加熱溫度595-605℃是因為，鋁合金的液相線溫度為617℃，加熱到595-605℃后開啟氬氣底吹裝置，即不會造成氬氣浪費，又能在鋁合金熔化后，起到均勻鋁合金成分、除雜和除氣的目的；第二子步驟的熔煉溫度更優選在715-725℃是因為，在這溫度區間內澆注，既能保證通道不會堵塞，又可以得到組織形貌較好的半固態ZL101鋁合金坯料，保溫時間20min，這是經過多次實驗得到的最佳參數，能夠澄清熔體中彌散分布的較大顆粒的夾雜物。上述鋁合金半固態擠壓鑄造的方法中，作為一種優選實施方式，步驟三 中，所述彎曲通道為準蛇形通道或螺形管通道。更優選地，所述彎曲通道設置有3-5個彎道。準蛇形通道澆口具有自攪拌作用，能打碎枝晶；同時準蛇形通道澆口溫度較低，合金液獲得較大的過冷度，大量形核，細化晶粒，從而得到半固態漿料。隨后被注入到保溫爐中保溫能進一步使半固態漿料組織均勻化。進一步地，所述液態鋁合金注入所述保溫裝置時的流速為0.2-1kg/s，優選為0.5kg/s。準蛇形通道具有激冷作用，隨著彎道數量增加，制備的半固態坯料品質也會隨之增加，但隨彎道數量的增加，掛料凝固殼質比例大幅度增加，并且容易堵塞通道，降低生成效率。本專利技術中經過多次嘗試，彎曲通道設置有3-5個彎道，保證了坯料品質的同時，不會堵塞通道。澆注速度較高時，坯料外表面會粗糙，并形成凹坑，澆注速度較低時，坯料表面光滑，致密度增加，但較低的澆注速度并不利于合金熔體充滿準蛇形通道。經過多次實驗，將最佳澆注速度定為0.5kg/s，既能保證合金熔體充滿整個準蛇形通道，又能夠獲得表面光滑、致密度高的坯料。上述鋁合金半固態擠壓鑄造的方法中，作為一種優選實施方式，步驟三中，所述保溫的溫度為550-620℃(比如552℃、555℃、560℃、570℃、580℃、590℃、600℃、615℃、618℃)，保溫的時間為15-20min(比如16min、17min、18min、19min)。上述鋁合金半固態擠壓鑄造的方法中，作為一種優選實施方式，步驟四中，所述擠壓成型的擠壓壓強為80-120MPa(比如82MPa、85MPa、88MPa、92MPa、95MPa、100MPa、105MPa、110MPa、115MPa、118MPa)，保壓時間為15-30s(比如16s、18s、20s、24s、26s、28s)，保溫性擠壓模具的溫度為180-220℃，更優選地，擠壓壓強為100Mpa，保壓時間為20s，保溫性擠本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋁合金半固態擠壓鑄造的方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一，鋁合金預處理：先將鋁合金塊體切制成鋁合金小塊體后分別用鋁箔包覆，然后將包覆的鋁合金小塊體預熱；步驟二，熔煉：將預熱好的所述鋁合金小塊體熔煉，得到液態鋁合金；步驟三，鋁合金半固態漿料的制備：將步驟二得到的液態鋁合金通過具有彎曲通道或倒置錐形通道的澆口注入到保溫裝置中進行保溫，得到鋁合金半固態漿料；步驟四，擠壓成型處理：將步驟三得到的所述鋁合金半固態漿料澆注到保溫性擠壓模具，進行擠壓成型處理；步驟五，脫模冷卻：在所述擠壓成型處理完成后繼續施壓，之后頂出鑄件，空冷，最終得到鋁合金半固態擠壓鑄件。

【技術特征摘要】
1.一種鋁合金半固態擠壓鑄造的方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一，鋁合金預處理：先將鋁合金塊體切制成鋁合金小塊體后分別用鋁箔包覆，然后將包覆的鋁合金小塊體預熱；步驟二，熔煉：將預熱好的所述鋁合金小塊體熔煉，得到液態鋁合金；步驟三，鋁合金半固態漿料的制備：將步驟二得到的液態鋁合金通過具有彎曲通道或倒置錐形通道的澆口注入到保溫裝置中進行保溫，得到鋁合金半固態漿料；步驟四，擠壓成型處理：將步驟三得到的所述鋁合金半固態漿料澆注到保溫性擠壓模具，進行擠壓成型處理；步驟五，脫模冷卻：在所述擠壓成型處理完成后繼續施壓，之后頂出鑄件，空冷，最終得到鋁合金半固態擠壓鑄件。2.根據權利要求1所述的鋁合金半固態擠壓鑄造的方法，其特征在于，步驟一中，所述預熱的溫度為180-220℃，所述預熱的時間為10-25min；優選地，所述預熱的溫度為195℃-205℃，所述預熱的時間為15min；所述鋁合金小塊體尺寸≤50mm×50mm×50mm；步驟二中，所述熔煉是在中頻感應熔煉爐內進行的，且在中頻感應加熱、抽真空、氬氣底吹過程中完成的；優選地，步驟二的熔煉包括先后進行的第一子步驟和第二子步驟，所述第一子步驟中，抽真空至所述中頻感應熔煉爐內壓強≤10Pa；加熱溫度為580-620℃，加熱時間為30-45min，更優選加熱溫度為595-605℃，加熱時間為40min；所述第二子步驟中，進行氬氣底吹，氬氣速度為800-1200C3/min，氬氣速度優選為1000C3/min，使中頻感應熔煉爐內壓強保持在0.045Mpa，此時繼續加熱升溫至680-750℃進行熔煉，更優選加熱升溫至715-725℃進行熔煉，并恒溫保溫15-30min，更優選恒溫保溫為20min。3.根據權利要求1所述的鋁合金半固態擠壓鑄造的方法，其特征在于，步驟三中，所述彎曲通道為準蛇形通道或螺形管通道；優選地，所述彎曲通道設置有3-5個彎道；進一步地，所述液態鋁合金注入所述保溫裝置時的流速為0.2-1kg/s，優選為0.5kg/s；步驟三中，所述保溫的溫度為550-620℃，保溫的時間為15-20min。4.根據權利要求1所述的鋁合金半固態擠壓鑄造的方法，其特征在于，步驟四中，所述擠壓成型的擠壓壓強為80-120MPa，保壓時間為15-30s，保溫性擠壓模具的溫度為180-220℃；優選地，擠壓壓強為100Mpa，保壓時間為20s，保溫性擠壓模具的溫度為200℃；優選地，步驟四中，在所述鋁合金半固態漿料澆注到擠壓模具之前還包括擠壓模具的型腔表面預處理：用涂覆劑均勻涂覆所述擠壓模具的型腔表面，涂覆層厚度為0.3-0.5mm；所述涂覆劑的配制方法包括如下步驟：稱取一定量的氧化鋅和水玻璃，加入一定量的去離子水，攪拌均勻得到乳白色懸浮狀液體，即涂覆劑；更優選地，所述氧化鋅、水玻璃與去離子水的質量比為4-6:1:40-60；所述攪拌的轉數為40-60r/min，攪拌時間為60-90min，進一步地，所述攪拌的轉數為50r/min，攪拌時間為80min。5.根據權利要求1所述的鋁合金半固態擠壓鑄造的方法，其特征在于，步驟五中在所述擠壓成型處理完成后繼...

【專利技術屬性】
技術研發人員：侯華，田晉忠，魯若鵬，程書建，趙宇宏，王冰，
申請(專利權)人：中北大學，
類型：發明
國別省市：山西;14