一種黑色金屬半固態漿料制備的電磁攪拌與振動復合裝置，由熔化爐、攪拌室、結晶器或流變輸送器三大部分組成，熔化爐安裝在攪拌室上部，結晶器或流變輸送器安裝在攪拌室下部，將金屬熔體澆入到熔化爐，采用中頻感應加熱器進行保溫均熱，當金屬熔體在其液相線溫度范圍時，實現定量澆注到攪拌坩堝內，對其進行電磁攪拌與機械振動，獲得非枝晶細小等軸球狀或近球狀的微觀組織，將所制備出細小近球狀半固態漿料澆入到結晶器，進行冷卻并凝固成坯料或者澆入到流變輸送器，迅速送到成形模具，進行流變成形，本發明專利技術能夠制備出黑色金屬以及有色金屬半固態漿料，提高了制備金屬半固態漿料的效率和質量，減少了制備時間，特別適用于流變成形。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于金屬半固態漿料制備
，具體涉及一種黑色金屬半固態漿料制 備的電磁攪拌與振動復合裝置。
技術介紹
金屬半固態成形是一種金屬新型的成形技術，其結合了鑄造和鍛造的優點，只需 要少量工序就可以成形出較復雜形狀并高性能的工件。與傳統鑄造相比，該技術具有成形 溫度低、模具壽命顯著延長、同時可以提高工件的精度及力學性能。并與傳統的熱鍛相比， 半固態成形技術具有成形力低、流動性良好、可以實現近凈成形、尤其只需要一道工序可以 成形出較復雜形狀的工件。到目前為止，在低熔點有色金屬金屬領域中，該技術已經獲得了 廣泛地應用，特別在汽車、航空航天、電器等工業。但是對高熔點黑色金屬材料，半固態成形 還仍然在研究階段。在半固態成形過程中，半固態漿料制備是一個非常關鍵的技術步驟，決定半固態 成形的成功與否，其目的為獲得了非枝晶細小等軸球狀或近球狀的微觀組織。到目前為止， 人們已經開發了許多制備金屬半固態漿料的新工藝和新技術，如電磁攪拌法、機械攪拌法、 振動法、應變誘發熔化激活(SIMA法)、熱處理法、添加粉末變質劑法等。但是，成功地應用 于工業生產上只有電磁攪拌法，而且制備的合金主要為有色金屬，如鋁合金、鎂合金等。與 有色金屬相比，黑色金屬材料半固態成形技術的研究較少，原因主要在于黑色金屬熔點高 (1300-150(TC)，與鋁合金的熔點(500-700°C)高一倍，給黑色金屬半固態漿料制備和半固 態成形帶來很大的困難。機械攪拌法是金屬半固態漿料制備應用最早的。該方法利用旋轉葉片或攪拌棒將 凝固中的初生固相打碎，獲得球狀或近球狀初生固相的半固態漿料，其優點在于設備簡單、 有益于形成細小微觀組織；但缺點在于，黑色金屬熔體溫度高，漿料制備時，旋轉葉片或攪 拌棒的使用壽命短、易造成腐蝕、金屬漿料易受到污染等，因此在金屬半固態漿料制備該方 法應用較少。電磁攪拌法的原理是利用旋轉電磁場在金屬液中產生感應電磁場，金屬液在洛倫 茲力的作用下產生運動，從而實現對金屬液攪拌的目的。該方法的突出優點在于非接觸式 攪拌法，有效克服了類似于機械攪拌的葉片或攪拌棒腐蝕污染的問題，另外具有攪拌參數 控制靈活方便、易調節等。目前，在有色金屬半固態漿料制備中，電磁攪拌法應用最廣泛，已 經應用在工業生產上。但是對黑色金屬材料，該方法還處于初期階段，原因在于，黑色金屬 熔點高、熔體導電率低，從而給半固態漿料制備帶來很大的困難，如所需的攪拌功率大、攪 拌時間長、并加熱、保溫、冷卻過程中需要良好的措施等。機械振動半固態漿料制備法的優點在于設備簡單、易實現、投資少等。近幾年，華 中科技大學采用低頻機械振動對A390、ZLlOl鋁合金等進行半固態漿料制備，獲得了較細 小等軸的非枝晶組織。但是振動時，測量溫度的熱電偶及其控制部件受到劇烈激振力，導致 降低它們工作穩定性、壽命縮短。控制過熱度澆注半固態漿料制備法是通過控制合金澆注溫度和凝固冷卻速度來 制備半固態金屬漿料或坯料，該技術方法一般不采用任何攪拌，所以制備工藝簡單。其缺點 在于效率低，并且組織均勻性較差，尤其黑色金屬熔點高、難以控溫，因此對黑色金屬該法 方效率較低、難實現。上述的幾種制備金屬半固態漿料是單獨作用的，其效率較低、功率要求較大，對黑 色金屬材料半固態漿料制備難以得到良好的效果。近幾年，有學者對低熔點有色金屬半固 態漿料將上述兩者或多者結合起來獲得了較好效果，微觀組織細小、均勻的球狀或近球狀、 制備時間短、需要功率小等。另一方面，在半固態流變成形技術，定量澆注是一個十分重要的步驟。傳統方法一 般采用塞桿式，其優點在于結構較簡單，但是澆注時，半固態漿料是靠重力或加壓的方式出 料，流量不穩定，因此定量誤差較大，目前仍然還沒有良好的解決辦法。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供了一種黑色金屬半固態漿 料制備的電磁攪拌與振動復合裝置，能夠制備出黑色金屬以及有色金屬半固態漿料或流變 成形，提高了制備金屬半固態漿料的效率和質量，減少制備時間。為了達到上述目的，本專利技術采用的技術方案為一種黑色金屬半固態漿料制備的電磁攪拌與振動復合裝置，由熔化爐1、攪拌室 II、結晶器IIIA或流變輸送器IIIB三大部分組成，熔化爐I安裝在攪拌室II上部，熔化爐 I的熔化坩堝襯底32的下部伸入攪拌室II的攪拌坩堝10內，結晶器IIIA或流變輸送器 IIIB安裝在攪拌室II下部；所述的熔化爐I包括熔化坩堝7，熔化坩堝7的外部設有熔化爐保溫層8，熔化爐 保溫層8的外部設有中頻感應加熱器1，熔化坩堝7、熔化爐保溫層8和中頻感應加熱器1 同軸安裝在熔化爐底板9上部，熔化坩堝7及熔化爐保溫層8的上部設有爐蓋5，上塞桿6 位于熔化坩堝7的中心線上，其一端穿過爐蓋5的中心孔伸出爐蓋5外，另一端和熔化坩堝 襯底32的頂端相接，熔化坩蝸襯底32的上部位于熔化坩堝7底部的中心孔內，上塞桿6內 設有第二熱電偶3a和第三熱電偶北，第二熱電偶3a和第三熱電偶北的一端伸出上塞桿6 的頂部外，第二熱電偶3a的另一端位于上塞桿6的中部，而第三熱電偶北的另一端位于攪 拌室II的攪拌坩堝10的中部，上塞桿6伸出爐蓋5的部分側面設有第一保護氣進口 4，熔 化坩堝襯底32下端帶有第一特種高溫密封圈31，熔化坩堝7內設有第一熱電偶2，第一熱 電偶2的一端伸出爐蓋5外；所述的攪拌室II包括攪拌坩堝10，攪拌坩堝10的外部依次設有攪拌室保溫層 11、第一電阻加熱器12、保溫隔熱層13、第一冷卻水系統14、電磁攪拌器27和外殼觀，并同 軸安裝在攪拌室底板16上部，通過上壓板30將上述零部件卡緊一起，兩個相同的振動電機 18和彈簧17對稱地安裝在攪拌室底板16下部，兩個振動電機18的軸端偏心塊旋轉方向相 反，在攪拌坩堝10底部設有下塞桿21，下塞桿21的頂部設有第二特種高溫密封圈沈，下塞 桿21的內部設有第四熱電偶22，第一冷卻水系統14設有第一冷卻水進口 25和第一冷卻水 出口 29，在外殼觀側面底部設有第二保護氣進口 15 ；用于觸變漿料時，結晶器IIIA安裝在攪拌室底板16下部，結晶器IIIA包括結晶器銅管20與第二冷卻水系統23，結晶器銅管20同軸安裝在攪拌坩堝10下部，結晶器銅管 20的外部設有第二冷卻水系統23，第二冷卻水系統23設有第二冷卻水進口 M及第二冷卻 水出口 19 ；用于流變漿料時，流變輸送器IIIB安裝在攪拌室底板16下部，流變輸送器IIIB 包括輸送管33，輸送管33側面通過短斜板36與輸送筒34相接，輸送筒34的外部設有第二 電阻加熱器35，輸送管33同軸安裝在攪拌坩堝10下部。所述的熔熔化爐I與攪拌室II之間具有10 12mm的安裝間隙。所述的第一特種高溫密封圈31、第二特種高溫密封圈沈的材料采用軟剛玉。所述的熔化坩堝襯底32的材料為軟石墨。本專利技術的工作原理為將金屬材料熔化后澆入到熔化坩堝7或者直接將金屬加熱到熔融狀態，采用中頻 感應系統1進行保溫均熱；當金屬熔體溫度在材料液相線即0 30°C范圍時，通過控制下 塞桿21在攪拌坩堝10的位置，將金屬熔體實現定量澆注到已預熱的攪拌坩堝10內；在金 屬熔體冷卻過程中到半固態狀態，按照工藝所需的功率和頻率，對半固態漿料在攪拌坩堝 10進行電磁攪拌與機械振動復合，打碎本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種黑色金屬半固態漿料制備的電磁攪拌與振動復合裝置，其特征在于：由熔化爐（Ⅰ）、攪拌室（Ⅱ）、結晶器（ⅢＡ）或流變輸送器（ⅢＢ）三大部分組成，熔化爐（Ⅰ）安裝在攪拌室（Ⅱ）上部，熔化爐Ｉ的熔化坩堝襯底（３２）的下部伸入攪拌室（Ⅱ）的攪拌坩堝（１０）內，結晶器（ⅢＡ）或流變輸送器（ⅢＢ）安裝在攪拌室（Ⅱ）下部；所述的熔化爐（Ⅰ）包括熔化坩堝（７），熔化坩堝（７）的外部設有熔化爐保溫層（８），熔化爐保溫層（８）的外部設有中頻感應加熱器（１），熔化坩堝（７）、熔化爐保溫層（８）和中頻感應加熱器（１）同軸安裝在熔化爐底板（９）上部，熔化坩堝（７）及熔化爐保溫層（８）的上部設有爐蓋（５），上塞桿（６）位于熔化坩堝（７）的中心線上，其一端穿過爐蓋（５）的中心孔伸出爐蓋（５）外，另一端和熔化坩堝襯底（３２）的頂端相接，熔化坩堝襯底（３２）的上部位于熔化坩堝（７）底部的中心孔內，上塞桿（６）內設有第二熱電偶（３ａ）和第三熱電偶（３ｂ），第二熱電偶（３ａ）和第三熱電偶（３ｂ）的一端伸出上塞桿（６）的頂部外，第二熱電偶（３ａ）的另一端位于上塞桿（６）的中部，而第三熱電偶（３ｂ）的另一端位于攪拌室（Ⅱ）的攪拌坩堝（１０）的中部，上塞桿（６）伸出爐蓋（５）的部分側面設有第一保護氣進口（４），熔化坩堝襯底（３２）下端帶有第一特種高溫密封圈（３１），熔化坩堝（７）內設有第一熱電偶（２），第一熱電偶（２）的一端伸出爐蓋（５）外；所述的攪拌室（Ⅱ）包括攪拌坩堝（１０），攪拌坩堝（１０）的外部依次設有攪拌室保溫層（１１）、第一電阻加熱器（１２）、保溫隔熱層（１３）、第一冷卻水系統（１４）、電磁攪拌器（２７）和外殼（２８），并同軸安裝在攪拌室底板（１６）上部，通過上壓板（３０）將上述零部件卡緊一起，兩個相同的振動電機（１８）和彈簧（１７）對稱地安裝在攪拌室底板（１６）下部，兩個振動電機（１８）的軸端偏心塊旋轉方向相反，在攪拌坩堝（１０）底部設有下塞桿（２１），下塞桿（２１）的頂部設有第二特種高溫密封圈（２６），下塞桿（２１）的內部設有第四熱電偶（２２），第一冷卻水系統（１４）設有第一冷卻水進口（２５）和第一冷卻水出口（２９），在外殼（２８）側面底部設有第二保護氣進口（１５）；用于觸變漿料時，結晶器（ⅢＡ）安裝在攪拌室底板（１６）下部，結晶器（ⅢＡ）包括結晶器銅管（２０）與第二冷卻水系統（２３），結晶器銅管（２０）同軸安裝在攪拌坩堝（１０）下部，結晶器銅管（２０）的外部設有第二冷卻水系統（２３），第二冷卻水系統（２３）設有第二冷卻水進口（２４）及第二冷卻水出口（１９）；用于流變漿料時，流變輸送器（ⅢＢ）安裝在攪拌室底板（１６）下部，流變輸送器（ⅢＢ）包括輸送管（３３），輸送管（３３）側面通過短斜板（３６）與輸送筒（３４）相接，輸送筒（３４）的外部設有第二電阻加熱器（３５），輸送管（３３）同軸安裝在攪拌坩堝（１０）下部。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙升噸，陶文琉，張琦，林文捷，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：87
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