[实用新型]一种在型腔内半固态加工成形装置

说明书

技术领域　本发明属金属材料液态加工成形技术，特别是各类金属材料的高性能半固态精确成形技术。

背景技术  现代科学技术的发展，对各类高性能异形构件性能提出了越来越高的要求，例如发动机曲轴、飞机蜗轮盘、轧辊等。半固态加工技术可使金属材料的晶粒细化，获得细小、近球形、非枝晶组织，从而大大提高工件的力学性能。现代精确成形技术，可以使工件表面光洁，外形尺寸精确，从而大大降低制造成本。本发明对推动多项先进技术的复合和应用，特别是提高各类高性能异形构件的性能、降低加工成本具有重要意义。　

1. 半固态加工技术 

金属材料的半固态加工技术是各类高性能构件精确成形技术中的关键性技术，它直接影响各类高性能异形构件性能的质量，《半固态金属浆料制备新工艺和加工新技术》（江运喜、谢水生、李兴刚著，“锻压技术” 2003年28.6）中，公开了目前国内外半固态加工技术技术的发展，其主要方法是：

（1）新MIT工艺  “新MIT工艺”法是2000年由麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，简称MIT）的Flemings等提出，Idraprince有限公司获得这项技术专利。其原理是合金溶体在液相线温度下，由于搅拌与冷却的共同作用，导致了溶体体积中合金晶粒的过冷形核，再迅速冷却合金溶体，就能获得较理想的半固态浆料，然后再注入型腔中成形。

（2）冷却斜槽法  冷却斜槽法的原理为：将略高于液相线温度的熔融金属倒在冷却斜槽上，由于斜槽的冷却作用，在斜槽壁上有细小的晶粒形核长大，金属流体的冲击和材料的自重作用使晶粒从斜槽壁上脱落并翻转，以达到搅拌效果。通过冷却斜槽的金属浆料落入容器，控制容器温度，即缓慢冷却，冷却到一定的半固态温度后保温，达到要求的固相体积分数，随后可进行流变成形和触变成形。

（3）双螺旋半固态金属流变注射成形法   该方法的工作原理是，熔融金属在坩埚中熔炼，达到比液相线温度高出约50℃的预定温度，将熔融金属保温15分钟，获得均匀的化学成分。当熔融金属为镁合金时，坩埚采用氩气保护。融熔金属以一定的速度进入双螺旋剪切装置，调整其温度，同时受到双螺杆的剪切作用，获得一定固相百分数的理想的半固态浆料。

（4）剪切-冷却-轧制法  该方法的工作原理是：将加热到一定温度的熔融金属经喷嘴注入辊缝上方的导向槽中，轧辊与靴形座之间留有一定的间隙，同时轧辊表面具有一定的粗糙度，轧辊内通水冷却。由于轧辊与靴形座的冷却作用，合金液发生凝固，转动的轧辊对部分凝固的合金产生剪切搅拌作用，使合金液转化为半固态浆料，并通过轧辊施加的摩擦力将半固态浆料从轧辊与靴形座间隙中拖出，通过安装在出料口的剥离器引导半固态浆料流动。可直接进行流变成形，也可制成所需尺寸的半固态坯料，然后进行触变成形。

（5）NRC工艺  NRC方法的生产工艺过程为：①将熔融金属控制在液相线温度以上几度范围内；②将熔融金属倒入隔热容器中，由于容器的冷却作用，在熔融金属内部产生大量的初生相晶粒；③在容器上下用陶瓷覆盖，防止过冷；④利用风冷将金属冷却到设定的半固态温度；⑤通过隔热容器外部的高频感应加热器调整浆料的温度，调整金属浆料的固相体积分数，形成球形浆料，满足成形需要，这个过程需要3到5分钟；⑥翻转隔热容器，将半固态浆料倒入套筒。同时，上表面的氧化层沉到套筒底部，可防止氧化层进入产品；⑦将浆料直接倒入模腔中，并成形。

（6）不同液体混合法  不同液体混合法是将两种或三种亚共晶成分的熔融金属混合，或将亚共晶和过共晶成分的熔融金属混合，将要混合的熔融金属均保持在液相线以上，熔融金属内没有晶核或者晶核很少。混合是在绝热容器中进行，或者在一个通过向绝热容器的表面涂镀石墨的静止混合槽中进行，混合槽要预热，保证熔体流过混合槽时，其温度保持在液相线温度以上。熔体在混合槽上以湍流方式流动，使其混合程度良好。两种熔体的混合导致自发的热传导（热释放），亚共晶吸收过共晶热量，混合后得到的新合金温度在液相线温度上下，含有大量的晶核，进一步热处理可以形成具有细小，球状组织的半固态浆料。

（7）近液相线铸造法 近液相线铸造法主要采用控制铸造的温度、静置时间、铸造速度及冷却强度等因素，将熔融温度在液相线温度以上或接近于液相线温度经保温静置后，并在一定的冷速下浇注，从而获得细小、近球形、非枝晶半固态组织。