[发明专利]一种能细化高硅铝合金初生硅的半固态流变压铸方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金材料领域，尤其涉及一种能细化高硅铝合金初生硅的半固态流变压铸方法，并提供了一种采用上述方法的生产装置以及一种控制形核器。

背景技术

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。

高硅铝合金因其密度小、强度高、耐磨性好、耐腐蚀、铸造性能良好和热膨胀系数小等许多优点而得到广泛的应用。高硅铝合金中初生硅尺寸比较粗大，必须经过变质处理使初生硅尺寸减小到一定尺寸后，铸件性能才能够得到发挥。目前，初生硅的变质处理方法一般为两种：变质剂法和温度处理法。其中，温度处理法就是将铝液加热到足够高的温度，使固相硅完全溶解，这种处理方法能够使初生硅尺寸更小。但是，铝液加热到足够高的温度后不但容易吸气，容易氧化的元素，例如镁元素容易烧损，所以，在实际生产中如何使足够高温的高硅铝合金铝液不吸气，而且铝液凝固后初生硅尺寸足够小，是高硅铝合金生产铸件的一个难题。

中国发明专利CN103060629B提供了一种高硅铝合金的变质处理方法，该方法将10～20wt％的高硅铝合金，加热熔化并保持660℃～700℃的低温；将80～90wt％的高硅铝合金，加热熔化后，快速升温进行过热处理，将其倒入保持低温的高硅铝合金中进行铸造；其中采用80～90wt％的800～900℃铝液与10～20wt％的660～700℃铝液混合的办法来细化高硅铝合金中的初生硅，但是这种方法得到的铝液含气量很高，而且在保温过程中，混合后的铝液所含的硅还会继续增大。

中国发明专利CN101603162B提供了一种高硅铝合金或其它含第二硬脆相合金的物理法变质工艺，其同样采用将成分不同与温度不同的两种合金熔体按比例混合的方法，以形成另一种所要求成分的熔体，再将混合后的熔体进行过热处理，使得熔体中含有的第二粗大硬脆相得到细化或变质；然而，该方法仍然存在铝液含气量很高且其中的硅继续增大的问题。

由此可见，现有技术中的多种高硅铝合金的温度变质处理方法大都存在上述技术问题，因此，研发出一种能细化高硅铝合金初生硅的半固态流变压铸方法是半固态铝合金成型领域的重要课题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，发明人拟采用一种过热处理+惰性气体保护+快速冷却+永磁搅拌的方法来细化初生硅并制备半固态浆料，并将得到的半固态浆料进行流变压铸。

本发明的第一方面，提供了一种能细化高硅铝合金初生硅的半固态流变压铸方法，包括以下步骤：

(1)熔化高硅铝合金原材料并补充容易烧损的元素：先试验并计算铝液过热到液相线温度以上250～300℃时易烧损元素的烧损量，然后依据此烧损量补充容易烧损的元素到铝液中；

(2)精炼：将铝液过热到液相线温度以上90～120℃精炼；

(3)倒入定量炉：将精炼后的铝液倒入预热后的定量炉并盖好炉盖；

(4)通入氩气：将定量炉盖顶部的阀门打开，同时打开氩气瓶的阀门，直至炉内的空气完全排尽为止，最后关闭炉盖顶部的阀门和氩气瓶的阀门；

(5)过热：将炉内铝液过热到液相线温度以上250～300℃；

(6)保温：将炉内铝液在液相线温度以上250～300℃情况下保温0.5～1小时；

(7)控制形核：用定量泵通过升液管将过热的高温铝液输送至控制形核器，控制形核器将高温铝液快速冷却至半固态温度区并完成半固态浆料制备；

(8)流变压铸：将得到的半固态浆料直接流变压铸；

其中，所述控制形核器包括：“Z”字形的输送管道，供铝液通过并用于快速冷却铝液，所述输送管道沿其径向由内向外依次为石墨衬套、不锈钢内衬、冷却水夹层、不锈钢外套；贴近所述不锈钢外套设置的永久磁钢，固定在永久磁钢固定圈上，所述永久磁钢固定圈与轴承相连，而所述轴承被连接在轴承固定支撑座上；电机和传动带，所述电机驱动所述传动带，以驱动永久磁钢固定圈并转动永久磁钢，用于进行无接触搅拌；

其中，所述“Z”字形的输送管道分为三段，第一段和第三段管道竖直向下，而第二段管道与水平面呈一倾斜角α。

优选地，在上述方法中，所述步骤(7)中，通过调节所述倾斜角α、冷却水的流量、永久磁钢的转速以控制形核和半固态浆料的温度，使得经过处理后的铝熔体温度控制在液相线温度以下5～20℃之间。

进一步优选地，在上述方法中，所述冷却水与所述铝液逆流换热。

进一步优选地，在上述方法中，所述易烧损元素为镁元素。