[实用新型]一种旋转垂直直管通道制备半固态金属的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于半固态金属成形技术领域，特别提供了一种旋转垂直直管通道制备半固态金属的装置。

背景技术

中国专利ZL200410009296.X、ZL200410009295.5和文献“InfluenceofprocessparametersonmicrostructureofsemisolidA356alloyslugcastthroughverticalpipe(YANGXiao-rong,MAOWei-min,PEISheng.TransNonferrousMetSocChina,2008,18(1):99-103)”提出了半固态金属的垂直直管通道浇注制备技术。在垂直直管通道浇注制备技术中，首先将金属液的温度控制在预定的浇注过热度，然后将金属液浇注到一个垂直直管通道中，金属液顺序向下流过垂直直管通道；在金属液流经垂直直管通道时，垂直直管通道不断传热，引起接触通道内壁的金属液层的过冷，因而该过冷金属液会沿着垂直直管通道内壁发生初生晶粒的形核和长大;在这些初生晶粒形核和长大的过程中，初生晶粒根部产生溶质富集，同时初生晶粒又承受金属液的连续冲刷，部分初生晶粒会不断发生游离而离开垂直直管通道内壁并进入金属熔体中；由于金属熔体不断向垂直直管通道内壁散热和流动熔体的混合作用，最初浇入的过热金属熔体会逐渐进入整体过冷状态，从垂直直管通道内壁游离并进入金属熔体中的大量初生晶粒会存活下来;金属熔体中的这些大密度的存活下来的初生晶粒会发生溶质场和温度场的相互干涉，从而抑制枝晶生长，这些初生晶粒逐渐长大为球状;当金属熔体到达垂直直管通道出口处时，金属熔体已经处于固液两相区，内部包含有大量游离的球状初生晶粒，这就是半固态金属。这种半固态金属可以直接进行流变压铸成形、或流变挤压成形、或流变锻造成形，也可以将这些半固态金属收集到一个容器中，再经过适当的冷却凝固，可进一步提高半固态金属中的固相分数，用于流变成形高致密性的零件。总之，从上述制备技术的总体上看，垂直直管通道浇注制备技术的过程比较简单，是一种低成本的半固态金属的制备方法。

上述技术存在的不足之处是：当直管长度一定时，浆料晶粒尺寸和圆整度对过热度非常敏感，金属液过热度略微升高，得到浆料晶粒尺寸和圆整度就会出现明显变化甚至恶化现象，主要原因是得到理想半固态浆料的有效浇注温度区间相对较小，降低了实际生产的可操控性和半固态浆料组织的一致性；特别在制备大型坯料时所用金属液较多，其流过垂直直管时间增加，传给管的热量也相应地比制备小型坯料的要多，因为直管不能及时地将热量散发出去，会使得管壁附近的过冷度减小，靠近管壁形成的晶核数量减少；随着形核密度的减小，晶核间距增大，晶核间相互抑制作用减弱，晶粒有机会长大。同样，随着浇注时间延长，管壁温度升高，对金属液过冷度也大大减小，因此不容易形核，且形成枝晶组织。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种制备半固态金属的旋转垂直直管通道的装置，利用旋转促进垂直直管通道内金属液的冷却、形核和晶粒细化，增强垂直直管通道制备半固态金属的能力，提高实际生产过程的可操控性和半固态金属组织性能的一致性，有利于浇注较大型的零件。

本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种旋转垂直直管通道制备半固态金属的装置，包括电机、承载支架、旋转套、垂直直管，电机安装在承载支架上，主动带轮安装在电机主轴上；旋转套为中空圆套管且外圆上设有从动带轮，旋转套外圆与承载支架内孔之间设有滚动轴承；主动带轮与旋转套的从动带轮由同步齿形带连接为一个旋转副；连接轴套将垂直直管固定在旋转套的内孔中；在垂直直管外圆出料端安装有旋转物体温度测量探头，用拧紧螺钉限位在承载支架上；浇包设置在垂直直管的上方，过热金属液浇入旋转的垂直直管内孔通道中，变成半固态金属浆料落入收集容器中。

所述的垂直直管的内孔直径与长度之比为1:20。

所述的垂直直管的材料为石墨管或钢管。

一种旋转垂直直管通道制备半固态金属的装置制备半固态金属的方法，具体步骤如下：

1）根据半固态金属的成分进行配料，并在熔化炉内进行熔化与精炼，得到过热金属液；

2）开启电源，电机转动，安装在电机主轴上的主动带轮通过同步齿形带带动旋转套的从动带轮旋转，从而带动固定在旋转套内孔中的垂直直管旋转；通过控制器调节垂直直管的转速，转速范围为（100-500）r/min；

3）浇包将过热金属液浇注到旋转的垂直直管通道中，金属液过热度区间为金属液相线之上0-250℃；流动的过热金属液在垂直直管通道内旋转、激冷、搅拌；