一種電磁成形與二次重熔復合制備鋁合金半固態坯料工藝的制作方法
【專利摘要】一種電磁成形與二次重熔復合制備鋁合金半固態坯料工藝，選擇鋁合金棒料，利用電磁成形裝置對該鋁合金棒料進行塑性變形，并使其產生塑性應變，隨后將產生塑性應變的金屬棒料推進到中頻感應加熱裝置中進行二次重熔處理，從而制備出具有細小均勻非枝晶近球狀微觀組織的鋁合金半固態坯料，本發明具有工藝流程簡單，成本低，效率高且成形性能優越等特點。
【專利說明】一種電磁成形與二次重溶復合制備紹合金半固態坯料工藝
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬半固態坯料制備【技術領域】，尤其涉及一種電磁成形與二次重熔復合制備鋁合金半固態坯料工藝。
【背景技術】
[0002]半固態加工是20世紀70年代美國麻省理工學院的Flemings教授提出的一種金屬成形方法。所謂半固態加工，就是將金屬加熱到固相線和液相線之間的溫度，保溫一定時間，以獲得球形或者近球形的晶粒，然后再對其進行成形的工藝技術，球形或者近球形的半固態漿料，具有流動性好、成形力低及成形后的零件性能好等優點，因此該工藝受到越來越多的重視。
[0003]在半固態成形過程中，如何獲得具有非枝晶細小均勻近球狀微觀組織的半固態漿料是一個非常關鍵的環節，該環節直接決定了后續半固態成形的成功與否，到目前為止，雖然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、超聲振動法、應變誘發熔化激活法(SIMA)、熱處理法、半固態等溫轉變法、噴射沉積法等，但成功商業應用的球狀或粒狀初晶半固態金屬漿料和連鑄坯料生產技術只有電磁攪拌和應變誘發熔化激活法(SIMA)。
[0004]電磁攪拌法的原理是:利用旋轉電磁場在熔融金屬中產生感應電磁場，熔融金屬在洛侖磁力的作用下產生劇烈的運動，以獲得理想的半固態漿料。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、易調節等優點。目前，在有色金屬半固態漿料制備中，電磁攪拌法應用最為廣泛，已經應用在工業生產上，但是也存缺點:①黑色金屬熔點高、熔體導電率低，從而給半固態漿料的制備帶來很大的困難，如所需的攪拌功率大、攪拌時間長；②由于趨膚效應，半固態漿料中的洛侖磁力從中心到周邊逐步增強，因此直徑大于150_的坯料不宜采用電磁攪拌法，且坯料組織在橫斷面上并不均勻；③電磁攪拌法制備半固態漿料過程中，要產生交變磁場，因此電能消耗大、成本高，并且當熔融金屬四周形成凝固外殼時，攪拌效果不佳。
[0005]應變誘發熔化激活法(SIMA)的原理是:首先要鑄造出常規鑄錠，再對其進行塑性變形使材料產生一定的應變，然后加熱到固液兩相區以得到半固態金屬漿料(組織為球狀)，再進行半固態成型。該法免去了液態金屬的處理工序，高、低熔點合金均可應用，工藝簡單，易實現自動化。尤其是該法可以按部件的體積大小來下料，使坯料的體積正好能滿足最終產品的體積要求，這樣可以大大節省原材料，做到無廢料或少廢料生產(近終成型)，從而顯著降低產品的加工成本。應變誘發熔化激活法(SIMA)的關鍵技術是如何的對鑄造出的常規鑄錠進行塑性變形，目前常用的方法是對鑄錠進行鐓粗、擠壓或軋制等塑性變形處理，但都存在變形量小、變形效率低的問題，因此，目前球狀或粒狀初晶半固態金屬漿料或連鑄坯料的制備技術仍然制約著半固態金屬成形技術的應用。
【發明內容】
[0006]為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種電磁成形與二次重熔復合制備鋁合金半固態坯料工藝，簡化制備半固態坯料的工藝流程，降低成本，提高成形質量。
[0007]為了達到上述目的，本發明采取如下的技術方案:
[0008]一種電磁成形與二次重熔復合制備鋁合金半固態坯料工藝，包括如下步驟:
[0009]I)選料:選擇鋁合金棒料I ;
[0010]2)電磁成形:利用電磁成形裝置2對鋁合金棒料I進行塑形變形并使其產生塑性應變，具體為:
[0011]2.1)開啟電磁成形裝置2并逐漸水平推進鋁合金棒料I向電磁成形裝置2內部移動，于是，通有強脈沖電流的配置在電磁成形集磁器2-1外的電磁成形螺線管2-2將產生強脈沖磁場，且在電磁成形集磁器2-1的作用下，對接近電磁成形集磁器2-1的鋁合金棒料I產生塑性變形，并形成初始變形狀態鋁合金棒料1-1 ；
[0012]2.2)在電磁成形裝置2的作用下，繼續水平推進鋁合金屬棒料1，形成中間變形狀態鋁合金棒料1-2 ；
[0013]2.3)在步驟2.2)的基礎上，繼續水平推進鋁合金屬棒料1，形成最終變形狀態鋁合金棒料1-3，隨即關閉電磁成形裝置2 ；
[0014]3) 二次重熔:將上述步驟2)中制備的最終變形狀態鋁合金棒料1-3，繼續推進到鋁合金半固態坯料1-4的位置，接著，開啟中頻感應加熱裝置4，于是，通有中頻電流及冷卻水的配置在耐熱坩堝4-1外的空心紫銅螺線管4-2將產生強的交變磁場并穿透耐熱坩堝4-1而作用在最終變形狀態鋁合金棒料1-3上，即對其進行二次重熔處理，其中二次重熔時的溫度在鋁合金半固態區間范圍內選取，保溫時間選取5?30min，二次重熔完成后即得到具有細小均勻非枝晶微觀組織的鋁合金半固態坯料1-4。
[0015]所述的電磁成形裝置2和中頻感應加熱裝置4之間設置有隔磁環3。
[0016]相對于現有技術，本發明具有以下優點:
[0017](I)本發明先通過電磁成形裝置2完成對鋁合金棒料I的塑性變形，再將產生塑性變形的鋁合金棒料I推進到中頻感應加熱裝置4進行二次重熔，從而完成具有細小均勻非枝晶微觀組織的半固態坯料制備，簡化了制備半固態坯料的工藝流程，降低了成本，提高了成形質量。
[0018](2)本發明通過電磁成形裝置2完成對鋁合金棒料I的塑性變形，具有變形質量好、變形效率高的特點。
[0019](3)通過本發明制備的半固態坯料，即可直接通過冷卻器冷卻從而得到能夠方便運輸的半固態坯料，也可直接用于半固態流變成形。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明所用裝置的結構示意圖。
[0021]圖2是本發明所用裝置的三維示意圖。
[0022]圖3是本發明中通過電磁成形裝置2對鋁合金棒料I進行塑性變形時的初始狀態示意圖。
[0023]圖4是通過電磁成形裝置2對鋁合金棒料I進行塑性變形時的中間狀態示意圖。
[0024]圖5是通過電磁成形裝置2對鋁合金棒料I進行塑性變形時的最終狀態示意圖。
[0025]圖6是通過中頻感應加熱裝置4對鋁合金棒料I進行二次重熔時的示意圖。
[0026]圖7是實施例制備的鋁合金半固態坯料的微觀組織圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。
[0028]本實施例選用的鋁合金材料為A356.2，二次重熔溫度為580°C，保溫時間為1min0
[0029]一種電磁成形與二次重熔復合制備鋁合金半固態坯料的工藝，包括以下步驟:
[0030]I)選料:選擇鋁合金棒料1，此處鋁合金棒料I的材料為A356.2 ；
[0031]2)電磁成形:參照圖1及圖2，利用電磁成形裝置2對鋁合金棒料I進行塑形變形并使其產生塑性應變，具體為:
[0032]2.1)參照圖3，開啟電磁成形裝置2并逐漸水平推進鋁合金棒料I向電磁成形裝置2內部移動，于是，通有強脈沖電流的配置在電磁成形集磁器2-1外的電磁成形夠螺線管2-2將產生強脈沖磁場，且在電磁成形集磁器2-1的作用下，對接近電磁成形集磁器2-1的鋁合金棒料I產生塑性變形，并形成初始變形狀態鋁合金棒料1-1 ;
[0033]2.2)參照圖4，在電磁成形裝置2的作用下，繼續水平推進鋁合金屬棒料1，形成中間變形狀態鋁合金棒料1-2 ；
[0034]2.3)參照圖5，在步驟2.2)的基礎上，繼續水平推進鋁合金屬棒料1，形成最終變形狀態鋁合金棒料1-3，隨即關閉電磁成形裝置2 ；
[0035]3) 二次重熔:參照圖6，將上述步驟2)中制備的最終變形狀態鋁合金棒料1-3，繼續推進到鋁合金半固態坯料1-4所示的位置，接著，開啟中頻感應加熱裝置4，在電磁成形裝置2和中頻感應加熱裝置4之間設置有隔磁環3，防止在開啟電磁成形裝置2或中頻感應加熱裝置4時，他們之間產生相互影響，于是，通有中頻電流及冷卻水的配置在耐熱坩堝4-1外的空心紫銅螺線管4-2將產生強的交變磁場并穿透耐熱坩堝4-1而作用在最終變形狀態鋁合金棒料1-3上，即對其進行二次重熔處理，其中二次重熔溫度為580°C，保溫時間為lOmin，二次重熔完成后即可得到具有細小均勻非枝晶微觀組織的鋁合金半固態坯料1-4，具體微觀組織圖參照圖7。
【權利要求】
1.一種電磁成形與二次重熔復合制備鋁合金半固態坯料工藝，其特征在于，包括如下步驟: 1)選料:選擇鋁合金棒料(I); 2)電磁成形:利用電磁成形裝置(2)對鋁合金棒料(I)進行塑形變形并使其產生塑性應變，具體為: 2.1)開啟電磁成形裝置(2)并逐漸水平推進鋁合金棒料(I)向電磁成形裝置(2)內部移動，于是，通有強脈沖電流的配置在電磁成形集磁器(2-1)外的電磁成形螺線管(2-2)將產生強脈沖磁場，且在電磁成形集磁器(2-1)的作用下，對接近電磁成形集磁器(2-1)的鋁合金棒料(I)產生塑性變形，并形成初始變形狀態鋁合金棒料(1-1); 2.2)在電磁成形裝置(2)的作用下，繼續水平推進鋁合金屬棒料(I)，形成中間變形狀態鋁合金棒料(1-2)； 2.3)在步驟2.2)的基礎上，繼續水平推進鋁合金屬棒料(I)，形成最終變形狀態鋁合金棒料(1-3)，隨即關閉電磁成形裝置(2); 3)二次重熔:將上述步驟2)中制備的最終變形狀態鋁合金棒料(1-3)，繼續推進到鋁合金半固態坯料(1-4)的位置，接著，開啟中頻感應加熱裝置(4)，于是，通有中頻電流及冷卻水的配置在耐熱坩堝(4-1)外的空心紫銅螺線管(4-2)將產生強的交變磁場并穿透耐熱坩堝(4-1)而作用在最終變形狀態鋁合金棒料(1-3)上，即對其進行二次重熔處理，其中二次重熔時的溫度在鋁合金半固態區間范圍內選取，保溫時間選取5?30min，二次重熔完成后即得到具有細小均勻非枝晶微觀組織的鋁合金半固態坯料(1-4)。
2.根據權利要求1所述的一種電磁成形與二次重熔復合制備鋁合金半固態坯料工藝，其特征在于:所述的電磁成形裝置(2)和中頻感應加熱裝置(4)之間設置有隔磁環(3)。
【文檔編號】C22F3/02GK104264089SQ201410475801
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】趙升噸, 王永飛, 張晨陽, 趙永強, 韓曉蘭 申請人:西安交通大學