[发明专利]高压快冷制备金属材料的方法及装置

说明书

本发明涉及高压快冷制备金属材料的设备，包括模具架、模具型腔、保温加热器、液压机的冲头、活动挡块、水冷系统、淬火系统、滚珠支撑机构和数据采集器，模具型腔安装在模具架上，保温加热器设置在模具型腔的腔壁内部，金属熔体置于模具型腔中，冲头设于模具型腔上方，水冷系统设于活动挡块内部，活动挡块设于模具型腔的下端，活动挡块下端的两侧设有滚珠支撑机构，滚珠支撑机构安装在模具架上，淬火系统设于活动挡块下方，数据采集器与模具型腔的内侧面相接。本发明还涉及高压快冷制备金属材料的方法，设备能实现高压和快冷二者耦合条件下的铸件成型，获得高性能铸件，可为开发高性能铸造金属材料提供试验平台，属于金属材料加工技术领域。

技术领域

本发明涉及金属材料加工技术领域，尤其涉及高压快冷制备金属材料的方法及装置。

背景技术

金属制品(如铸锭、铸件等产品)的质量直接取决于金属熔体的质量，因此在金属材料的加工过程中，金属熔体的成形工艺以及处理方法就显得尤为重要。挤压铸造成形工艺与其他铸造成形方法相比，所得到的铸件组织具有均匀致密、力学性能优良、表面光洁度和尺寸精度高等优点，因此被广泛应用于机械、汽车、家电、航空、航天、国防等领域。

快速冷却的方法可以使金属材料以较快的速度发生凝固，研究表明，提高冷却速度，加快合金的凝固速率可以使合金在非平衡条件下凝固，从而引起合金的组织和结构发生以下几点变化：(1)扩大合金的固溶极限；(2)获得更细的晶粒度；(3)减少合金中的偏析；(4)形成亚稳相；(5)减小枝晶间距。与在平衡条件下凝固的合金相比，它们具有更好的力学性能等其他优异的性能。

传统挤压铸造集中于在不超过0.2GPa比压和金属熔体冷却条件(1～5K/s)下对金属材料进行成形，而在0.2～1.0GPa比压范围内挤压并同时以10K/s以上的冷却速度进行快速冷却，则处于极少被涉及的领域，开展该类研究工作对提升金属材料质量具有广阔的空间。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种高压快冷制备金属材料的方法，能达到对金属熔体的挤压比压为0.2～1.0GPa，冷却速度≥10K/s，实现高压和快冷二者耦合条件下的铸件成型，获得高性能铸件；

本发明的第二目的在于提供另一种高压快冷制备金属材料的方法，能达到对金属熔体的挤压比压为0.2～1.0GPa，并在金属熔体凝固成形后对高温金属固体进行淬火，冷却速度≥1000K/s，获得高性能铸件；

本发明的第三目的在于一种高压快冷制备金属材料的设备，该设备不仅能实现高压和快冷二者耦合条件下的铸件成形，还可以实现高压挤压后立即进行淬火条件下的铸件成形，最终获得高性能铸件，并为开发高性能铸造金属材料提供试验平台。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高压快冷制备金属材料的方法，包括以下步骤：

(1)开启保温加热器，预热模具型腔，使模具型腔的温度达到设定值；

(2)将金属熔体加热至预设温度后，浇入模具型腔中；

(3)液压机的冲头以设定的挤压速度向金属熔体施加压力，同时，开启位于模具型腔下方的水冷系统，对金属熔体冷却。

该金属材料的制备方法能达到对金属熔体的挤压比压为0.2～1.0GPa，冷却速度≥10K/s。

进一步的是：一种高压快冷制备金属材料的方法还包括以下步骤：

(4)在对金属熔体实施挤压与冷却的同时开启数据采集器，采集金属熔体实时的压力参数与温度参数，并将所得参数传输至信号处理器，得到压力与时间的关系曲线和温度与时间的关系曲线。实验全程通过数据采集器采集器温度参数、压力参数并进行数据处理，为后续的实验搭建了平台，奠定了基础。