[发明专利]一种半固态熔体快速淬取的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半固态熔体快速淬取的装置和方法，属于合金熔体淬取和分析领域。

背景技术

合金熔体是铸造、锻造和半固态成形等各种成形方法的基础，合金熔体的质量和凝固过程中的组织演变是成形零件质量的决定因素，所以国内外对合金熔体的研究愈加重视，尤其是半固态的流变成形过程。

半固态成形是综合了铸造和锻造工艺的一种新型的成形技术，可以实现铝合金材料高性能、近终型、低成本的有效方法，已经在很多小型零部件获得工业化应用，对大幅度提高零件成品率、降低生产成本、减重及节能减排等方面起到了积极的作用。半固态熔体是一种固液混合的熔体，含有一定的固相分数，熔体粘度较大，固相枝晶或球状组织间为液相组织，熔体淬取或成形过程中存在固液分离现象。

目前，合金熔体的淬取方法主要有小尺寸坩埚整体液淬、部分熔体水淬和铜管或铜模快速抽取法等，但是这些方法存在需要一定转移时间、冷却速度慢和组织变形等缺点。半固态流变成形中熔体一般需经过外场的电磁或机械搅拌，这种情况下小尺寸坩埚整体液淬的方法不适合，无法满足外场的施加。部分熔体水淬需要一定的转移时间，造成液淬后的组织发生一定程度的长大，不能与温度等工艺参数对应，也不能表征真实的熔体状态和演化规律。半固态熔体存在明显固液分离现象，尤其是高固相分数熔体，一般的铜管或铜模快速抽取法由于冷却能力的限制，淬取的熔体较少，高速抽取过程中造成液淬组织产生拉伸等变形，同时淬取熔体中液相较多，固相较少，后续分析产生较大困难。半固态流变熔体要求具有成分场和温度场的均匀，所以需要同时对熔体各部分进行温度跟踪和熔体淬取，而目前的熔体淬取手段都无法满足。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种半固态熔体快速淬取的装置和方法，目的是通过本发明装置和方法，准确获得不同部位熔体的实时半固态组织，用于研究半固态组织的演变过程和形成机制。

一种半固态熔体快速淬取的装置，主要由高冷速淬取铜模、温度采集控制系统、惰性气体供给系统和真空抽取系统四部分组成，温度采集控制系统中的热电偶安装在高冷速淬取铜模上，惰性气体供给系统和真空抽取系统通过管路和液力三通阀与高冷速淬取铜模内的腔体连通，温度采集控制系统与液力三通阀之间通过线路连接。

所述的高冷速淬取铜模包括顶部旋紧装置、锁紧装置和耐高温淬取嘴，通过顶部旋紧装置和锁紧装置将高冷速淬取铜模装配或打开，耐高温淬取嘴设置于铜模的下部。所述的耐高温淬取嘴的形状为下宽上窄。

所述的高冷速淬取铜模还包括液氮冷却部分，液氮冷却部分设置于铜模腔体的周围，进一步增加了淬取铜模的冷却强度，满足高粘度、容易固液分离的半固态熔体淬取。

所述的惰性气体供给系统包括惰性气瓶和流量计；所述的真空抽取系统包括真空泵和压力表。

所述的高冷速淬取铜模为两个以上，分别与温度采集控制系统、惰性气体供给系统和真空抽取系统组合装配。针对熔体不同位置或不同熔体深度同时进行实时淬取，分析合金熔体的温度场和组织演化。

本发明的半固态熔体快速淬取的方法，包括如下步骤：半固态熔体处理过程中，通过顶部旋紧装置和锁紧装置将高冷速淬取铜模装配完毕，安装热电偶，先开启温度采集控制系统，将耐高温淬取嘴插入到采样部位，然后打开液力三通阀通入惰性气体，排出铜模内的金属熔体，当温度达到设定温度时，温度采集控制系统控制液力三通阀，关闭惰性气体供给系统，打开真空抽取系统，高冷速铜模与真空系统相通，将金属熔体抽入高冷速铜模内，打开高冷速铜模取出所要求的液淬试样。

本发明为了减小传统铜模抽取法因熔体较少而造成的液淬组织变形，该装置淬取的合金熔体量较大，淬取熔体量增加后容易造成传统铜模的冷速降低，所以该装置增加了淬取铜模的冷却强度，加入了液氮冷却部分进一步加强冷却。半固态熔体容易产生固液分离，所以耐高温淬取嘴的形状设计成下宽上窄，高粘度熔体可以顺利进入铜模，避免或减轻固液分离现象。同时为了保证组织与温度的一致性和实时性，该装置增加了温度采集控制系统与液力三通阀，液力三通阀通过温度采集控制系统实时控制，保证了淬取精度。

与现有技术相比，本发明装置具有较强的冷却能力，适于高粘度的半固态熔体淬取，同时本发明对温度采取实时跟踪和控制，与合金熔体淬取组织具有高度的一致性。同时该装置还可以根据实验要求进行组合装配，针对熔体不同位置或不同熔体深度同时进行实时淬取，分析合金熔体的温度场和组织演化。

附图说明

图1是半固态熔体快速淬取装置示意图。

图2是实施例3中半固态熔体不同位置快速淬取装置组合示意图。