[发明专利]一种用于半固态触变成形的钢铁坯料的制备方法及装置

权利要求书

1.一种用于半固态触变成形的钢铁坯料的制备方法，其特征在于，通过控制熔融钢铁材料从液相线温度以上，经过温控结晶器冷却至半固态温度区间过程中的微观组织演变，并在模具内获得具有均匀、且具有球化微观组织特征的半固态触变成形钢铁坯料；具体包括以下步骤：

S1：采用感应加热炉对钢铁材料熔融，以10-20℃/s的升温速率加热至完全熔融，待确认钢铁材料完全熔融之后，进行2-5分钟的保温；采用氮气作为保护气体；

S2：熔融钢铁材料的浇铸和冷却：将熔融的钢铁材料经由蜂窝状结晶器浇铸到氧化铝成型模具之中；浇铸过程中确保氮气以1-5m³/s的速率通过橡胶进气管管充入氧化铝成型模具，并从另一个橡胶出气管排出；在浇铸的过程中确保水温为15℃的冷却水一直以1000-2000mm/s的速度，流通于蜂窝状结晶器中的不锈钢冷却水管，并且通过焊接在蜂窝状结晶器四周的K型热电偶测量蜂窝状结晶器的温度，依据无纸记录仪所测得的实时温度数据对冷却水的流速进行调节，确保蜂窝结晶器的温度维持在1250-1350℃的温度区间内，直至全部的熔融钢铁材料经由蜂窝状结晶器浇铸到氧化铝成型模具之中；

S3：坯料冷却：浇铸完成后，将蜂窝状结晶器从氧化铝成型模具上方取出，将氧化铝成型模具连同坯料一同放置于温度为的20℃冷却水槽之中，并保证冷却水不会超过氧化铝成型模具上沿并流入其中与钢铁坯料接触，使用红外线测温仪测量位于氧化铝成型模具中的钢铁坯料的表面温度，待钢铁坯料冷却至20℃后，将其从氧化铝成型模具中取出，并对坯料表面进行清理和打磨；

其中，所述蜂窝状结晶器本体为柱状结构，其内竖向设有均匀分布呈蜂窝状的通孔，在所述通孔的周围均匀设置冷却水道，所述结晶器的上部向外延伸形成锥面入料端；所述氧化铝成型模具设于所述蜂窝状结晶器的底部，其开口端与蜂窝状结晶器底部的出料端吻合；所述感应加热炉和结晶器的温度分别通过调节感应线圈的电流数值和冷却水管的冷却水流速进行控制；

所述冷却水道垂直或平行于呈蜂窝状通孔的方向，并均匀设置用于对所述通孔冷却；所述冷却水道中插入1Cr18Ni9Ti不锈钢管制作的冷却水管，该冷却水管的两端伸出所述结晶器外，其一端通过橡胶管道与冷却水泵相连。

2.根据权利要求1所述用于半固态触变成形的钢铁坯料的制备方法，其特征在于，所述钢铁材料为SKD11钢、38MnVS6钢或304不锈钢。

3.根据权利要求1所述用于半固态触变成形的钢铁坯料的制备方法，其特征在于，所述结晶器采用圆柱形H13热作工具钢机械加工而成，该结晶器的长度为300-800mm，直径为800-1200mm。