一種電磁剪切熔體處理裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了屬于金屬熔體處理【技術領域】的一種電磁剪切熔體處理裝置，此裝置在攪拌筒上設置閥門和澆口，剪切型螺桿位于攪拌筒內并和攪拌筒構成環形縫隙結構的攪拌腔，熱電阻型加熱元件內置于剪切型螺桿內；電磁攪拌器和控制系統位于攪拌筒外側；其中環形縫隙的寬度為0.5~50mm。本發明的裝置通過環形縫隙結構避開因集膚效應而產生的電磁力較低的部分，實現對環縫結構內熔體的電磁高剪切；控制熱電阻型加熱元件，實現在液相線以上溫度對熔體進行電磁處理。熔體經電磁剪切處理后其凝固組織細化。
【專利說明】一種電磁剪切熔體處理裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬熔體處理【技術領域】，具體涉及一種電磁剪切熔體處理裝置。
【背景技術】
[0002]現代金屬材料制備加工技術追求低成本、高性能，即高性價比。熔鑄已不再只作為材料成型的手段，而更重要的是作為材料質量控制的第一個重要環節。因為在鑄造時形成的缺陷，很難在后續加工中消除，這些缺陷將持續影響材料的性能。熔體在鑄造前都要經過熔化狀態，而熔化過程中合金質量直接決定所制備和成形材料的性能。因此，通過熔體處理獲得細晶、均質鑄錠是現代金屬材料提高性能的基本方向。目前液態金屬工程和半固態金屬加工技術均對熔體處理技術提出了更高的要求。
[0003]電磁攪拌法由于具有非接觸、不污染金屬液、可精確控制、容易與大工業生產對接等優點，成為最重要的半固態加工方法之一。然而由于趨膚效應，熔體受到的電磁力不均勻，邊部受到的電磁力大，中心部位小，限制了大尺寸半固態坯料和大體積半固態漿料的制備。
[0004]半固態加工技術與傳統細化處理不同之處在于，后者只關注晶粒大小，而前者除了晶粒大小更關注初生相形貌。與半固態加工技術要求在固液相區間處理不同，液態金屬工程把熔體處理的溫度范圍放大到了整個鑄造溫度區間，更重視解決成分偏析問題。目前液態金屬結構是研究熱點，人們認為液態金屬處于長程無序、短程有序狀態，溫度或壓力等可誘導液態金屬發生結構轉變，進而影響后續形核長大等凝固行為。
[0005]美國專利US3902544提出了一種螺桿型裝置，屬于攪拌型螺桿，靠機械裝置帶動，無電磁攪拌。美國專利US5135564提出了一種環縫結構，該裝置可以避開因集膚效應而產生的電磁力較低的部分，其芯棒通過機械轉動強化攪拌效果，沒有溫控裝置。中國專利CN1772414A設計了兩組攪拌器，但沒有環形縫隙結構。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種電磁剪切熔體處理裝置，該裝置的環縫結構能避開磁場較低的部分，當處理的金屬為合金時，實現在液態或半固態區間對熔體進行電磁高剪切處理；該裝置主要適用于液態金屬熔體處理和半固態漿料制備。
[0007]為了實現上述目的，本發明采取以下技術方案:
[0008]一種電磁剪切熔體處理裝置，此裝置在攪拌筒2上設置閥門3和澆口 5，剪切型螺桿4位于攪拌筒2內并和攪拌筒2構成環形縫隙結構的攪拌腔，熱電阻型加熱元件6內置于剪切型螺桿4內；電磁攪拌器I和控制系統7位于攪拌筒2外側；其中環形縫隙的寬度為0.5?50mmo
[0009]上述電磁攪拌器I由三組旋轉型電磁攪拌器組成，其旋轉方向可控。
[0010]上述攪拌筒2為薄壁低磁導率材料，可選f 3mm厚的不銹鋼等材料，減小攪拌筒對電磁場的屏蔽作用。[0011]上述剪切型螺桿4其螺距為I?10mm，螺紋高為I?10mm。
[0012]上述控制系統7控制閥門3開關、澆口 5、電磁攪拌器I中三組攪拌器的旋轉方向以及熔體的溫度。
[0013]此處理裝置平臥、斜臥或直立放置。
[0014]該發明的裝置適用于鋁基合金、鎂基合金、鋅基合金、銅基合金、鎳基合金、鈷基合金或鐵基合金的半固態漿料的制備與成形以及液態金屬處理。
[0015]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
[0016](I)本發明通過由攪拌筒2和剪切型螺桿4構成的環形縫隙結構避開因集膚效應而產生的電磁力較低的部分，利用這個物理效應實現對環縫結構內熔體的電磁高剪切。(2)通過控制熱電阻型加熱元件，可實現在液相線以上溫度對熔體進行電磁處理，特別適合純金屬的熔體處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖1為本發明一種電磁剪切熔體處理裝置的示意圖；
[0018]圖中:1-電磁攪拌器、2-攪拌筒、3-閥門、4-剪切型螺桿、5-澆口、6-熱電阻型加熱元件、7-控制系統。
【具體實施方式】
[0019]下面將結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
[0020]如圖1示意圖所示，此電磁剪切熔體處理裝置在攪拌筒2上設置閥門3和澆口 5，剪切型螺桿4位于攪拌筒2內并和攪拌筒2構成環形縫隙結構的攪拌腔，熱電阻型加熱元件6內置于剪切型螺桿4內；電磁攪拌器I和控制系統7位于攪拌筒2外側；其中環形縫隙的寬度為0.5?50mm。
[0021]操作時，首先開啟控制系統7，確保閥門3和澆口 5處于關閉狀態。設置電磁攪拌器I的攪拌方向和各區段的溫度。同時把金屬熔化至預定溫度備用。等到金屬熔體達到預定狀態，開啟電磁攪拌器1，打開澆口 5，然后把熔體從澆口 5澆入攪拌筒2內，攪拌預定時間后，打開閥門3，至此，電磁剪切處理完成。后續可以與壓鑄、連鑄、鑄軋、擠壓、模鍛等工藝對接。
[0022]實施例1
[0023]采用該電磁剪切熔體處理裝置處理AZ31鎂合金熔體，處理完的熔體壓鑄成型，實現了變形鎂合金的壓鑄成型，該壓鑄件還可進行后續熱處理。
[0024]首先開啟控制系統7，確保閥門3和澆口 5處于關閉狀態。把中間組的電磁攪拌器設置為正轉，兩頭組的電磁攪拌器設置為反轉；從左到右第一區溫度設置為630°C，第二區溫度設置為635°C，第三區溫度設置為640°C。同時把AZ31鎂合金用電阻爐熔化至690°C備用。等AZ31鎂合金熔體達到690°C，開啟電磁攪拌器，打開澆口 5，然后把AZ31鎂合金熔體從澆口 5澆入電磁剪切熔體處理裝置，攪拌30s后，打開閥門3，至此，電磁剪切處理完成。
[0025]電磁剪切處理后的AZ31鎂合金熔體直接澆入壓鑄機壓室，完成壓鑄工序。
[0026]實施例2
[0027]采用該電磁剪切熔體處理裝置處理A357鋁合金熔體，處理完的熔體連鑄成坯料，實現了直徑200mm的A357半固態坯料的制備。
[0028]首先開啟控制系統7，確保閥門3和澆口 5處于關閉狀態。把中間組的電磁攪拌器設置為正轉，兩頭組的電磁攪拌器設置為反轉；從左到右第一區溫度設置為593°C，第二區溫度設置為613°C，第三區溫度設置為633°C。同時把A357鋁合金用中頻爐熔化至700°C備用。然后把底模升到結晶器的中間位置上，打開冷卻水，并預熱流槽。其中水壓為0.05MPa,流槽預熱溫度為400°C。等A357鋁合金熔體達到700°C，開啟電磁攪拌器，打開澆口 5，打開閥門3，然后把A357鋁合金熔體連續從澆口 5澆入電磁剪切熔體處理裝置。
[0029]電磁剪切處理后的A357鋁合金半固態漿料從閥門3直接澆入結晶器中，同時啟動牽引機構以3mm/s的速度拉坯，澆注過程中保證熔體在結晶器中保持恒定高度，完成半固態連鑄工序。
【權利要求】
1.一種電磁剪切熔體處理裝置，其特征在于，此裝置在攪拌筒(2 )上設置閥門(3 )和澆口(5)，剪切型螺桿(4)位于攪拌筒(2)內并和攪拌筒(2)構成環形縫隙結構的攪拌腔，熱電阻型加熱元件(6)內置于剪切型螺桿(4)內；電磁攪拌器(I)和控制系統(7)位于攪拌筒(2)外側；其中環形縫隙的寬度為0.5?50mm。
2.根據權利要求1所述的電磁剪切熔體處理裝置，其特征在于，所述電磁攪拌器(I)由三組旋轉型電磁攪拌器組成，其旋轉方向可控。
3.根據權利要求1所述的電磁剪切熔體處理裝置，其特征在于，所述攪拌筒(2)為薄壁低磁導率材料，可選f 3mm厚的不銹鋼等材料，減小攪拌筒對電磁場的屏蔽作用。
4.根據權利要求1所述的電磁剪切熔體處理裝置，其特征在于，所述剪切型螺桿(4)其螺距為I?IOmm,螺紋高為I?10_。
5.根據權利要求1所述的電磁剪切熔體處理裝置，其特征在于，所述控制系統(7)控制閥門(3)開關、澆口(5)、電磁攪拌器(I)中三組攪拌器的旋轉方向以及熔體的溫度。
【文檔編號】B22D1/00GK103658564SQ201210362350
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月25日 優先權日:2012年9月25日
【發明者】湯孟歐, 徐駿, 張志峰, 白月龍, 劉國鈞 申請人:北京有色金屬研究總院