[发明专利]一种镁合金铸件半固态复合挤压铸造成型方法

权利要求书

1.一种镁合金铸件半固态复合挤压铸造成型方法，其特征在于：

使用的化学物质材料为：镁合金、无水乙醇、石墨润滑油、氩气，其准备用量如下：以克、毫升、立方厘米为计量单位

镁合金：AZ91D 1500g±1g

无水乙醇：C2H5OH 2000mL ±50mL

石墨润滑油： 200mL ±5mL

氩气：Ar 900000cm³±100 cm³

镁合金铸件半固态复合挤压铸造成型方法如下：

（1）制造半固态复合挤压铸造模具

半固态复合挤压铸造模具用热作模具钢制造，固定模、复合成型板、活动模芯及型腔表面粗糙度均为：Ra0.08-0.16μm；

（2）熔炼镁合金液

镁合金液的熔炼是在真空熔炼炉内进行的，是经过镁合金切块、预热、熔炼、静置过程完成的；

① 清理真空熔炼炉的熔炼坩埚，用金属铲、金属刷清理熔炼坩埚，使表面清洁，然后用无水乙醇清洗坩埚内表面，晾干；

②切制镁合金块，将镁合金块用机械进行切制，成≤20mm×20mm×20mm的金属块；

③ 预热镁合金块，将切制的镁合金块置于预热炉内，进行预热，预热温度为165℃，备用；

④ 熔炼镁合金液

将预热后的镁合金块置于真空熔炼炉的熔炼坩埚内，关闭真空熔炼炉，并密闭；

开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强为2Pa；

开启真空熔炼炉加热器，加热温度200℃；

当温度升至200℃时，在熔炼坩埚底部通入氩气底吹管，向坩埚内输入氩气，氩气底吹速度200cm³/min，使炉内压强保持在1个大气压，并由出气管阀调控；

继续加热熔炼，熔炼温度700℃±1℃，镁合金液在此温度恒温保温10min，将温度调至660℃±1℃，停止氩气底吹，向真空熔炼炉内通入氩气，通入氩气速度为200cm³/min，炉内压强保持在1个大气压，静置，恒温保温10min；

（3）半固态复合挤压铸造

镁合金铸件半固态复合挤压铸造是在挤压铸造机上进行的，镁合金液在氩气保护下，经过半固态复合挤压铸造模具的浇道进行自搅拌、充填型腔、冲头保压、复合挤压、主油压缸保压、开模、脱模，制得成型铸件；

① 安装半固态复合挤压铸造模具

将半固态复合挤压铸造模具的固定模安装在挤压铸造机的工作台上，使固定模的主浇口与挤压铸造机的料缸、冲头、压射杆保证同轴；

将半固态复合挤压铸造模具的活动模背板固定在挤压铸造机的活动型板上；

将推杆连接在挤压铸造机的副油压缸上，调整下部压射杆与上部推杆在同一中心线上；

将固定模油路、复合成型板油路、料缸油路通过油管与温度控制柜连接；

将氩气出口通过氩气气管与氩气控制柜连接；

② 预热半固态复合挤压铸造模具、料缸

开启温度控制柜的开关，预热半固态复合挤压铸造模具、料缸，半固态复合挤压铸造模具预热温度为135℃，料缸预热温度为295℃；

③ 将石墨润滑油150mL注入料缸与冲头之间的间隙中，进行润滑；

④ 合模，开启氩气控制柜开关，通过氩气出口向料缸与模具型腔中注入氩气，氩气注入速度为100cm³/s，注入时间为15s，模具型腔内的气体从固定模的铸件排气槽排出；

⑤ 启动真空熔炼炉上的定量供料装置，通过料管将镁合金液注入料缸中；

⑥ 挤压铸造机下部的压射杆、冲头推动镁合金液进入主浇口、自搅拌直浇道型腔、自搅拌分浇道型腔、内浇口、铸件型腔，冲头的顶出距离为325mm，在0-115mm时冲头顶出速度为30mm/s，在115mm-145mm时冲头顶出速度为85mm/s，在145mm-325mm时冲头顶出速度为355mm/s，然后冲头加压，加压压力为200Mpa，恒压保压时间为8s；

⑦ 挤压铸造机的副油压缸拉动推杆上移，推杆通过上推板、下推板及连接导柱拉动复合成型板上移，当上推板接触上限位后，副油压缸停止运动，同时挤压铸造机主油压缸施压，推动活动模芯继续运动与固定模进行合模，活动模芯向下进行二次挤压，二次挤压距离为5mm，然后主油缸进行保压，保压压力为250MPa，保压时间20s；

⑧ 挤压铸造机主油压缸拉动活动模背板开模，冲头辅助顶出，副油压缸顶出，推动推杆下移，推杆通过上推板、下推板及连接导柱推动复合成型板下移，将成型铸件顶出，当下推板接触下限位后，副油压缸停止运动；

⑨ 冷却，成型铸件在氩气保护下冷却至25℃；

（4）清理铸件

将铸件置于钢质平板上，用机械切制成型，用机械清理各部及周边；

（5）清洁铸件

将清理后的铸件置于钢质平板上，用砂纸打磨铸件表面及内孔，然后用无水乙醇洗涤，洗涤后晾干；

（6）检测、分析、表征

对铸件的形貌、色泽、金相组织结构、力学性能进行检测、分析、表征；

用金相分析仪进行金相组织分析；

用微机控制的电子万能试验机进行抗拉强度及延伸率分析；

结论：铸件的金相组织致密性好，初生相由球状和近球状晶粒组成，树枝状晶粒较少，且晶粒尺寸明显降低，抗拉强度达205Mpa，延伸率达6.2%。

2.根据权利要求1所述的一种镁合金铸件半固态复合挤压铸造成型方法，其特征在于：

模具由固定模（15）、活动模（16）和半固态复合挤压装置组成；

固定模（15）通过导柱（55）与活动模（16）连接；

左活动模芯（17）与右活动模芯（18）固定安装在活动模（16）上，活动模（16）与支撑模架（23）、活动模背板（21）固定连接；

半固态复合挤压装置由推杆（20）、上推板（24）、下推板（25）、上限位（26）、下限位（27）、连接导柱（22）、复合成型板（19）组成；推杆（20固定在上推板（24）、下推板（25）之间，上推板（24）、下推板（25）通过连接导柱（22）与复合成型板（19）固定连接，上限位（26）固定在活动模背板（21）下部，下限位（27）固定在活动模（16）上部；当推动或拉动推杆（20）时，半固态复合挤压装置整体做上下运动，上下运动的距离由上限位（26）和下限位（27）限制；

固定模（15）四周设有导柱（55），中心部位设有主浇口（34），主浇口（34）左侧连接固定模左自搅拌直浇道（39），固定模左自搅拌直浇道（39）分别与固定模第一自搅拌分浇道（41）、固定模第二自搅拌分浇道（42）连接，固定模第一自搅拌分浇道（41）与固定模第二自搅拌分浇道（42）由左分流岛（40）分开，固定模第一自搅拌分浇道（41）与固定模第一内浇口（43）连接，固定模第二自搅拌分浇道（42）与固定模第二内浇口（44）连接，固定模第一内浇口（43）、固定模第二内浇口（44）与固定模左铸件型腔（45）连接，在固定模左铸件型腔（45）左侧设有左铸件排气槽（46）；主浇口（34）右侧连接固定模右自搅拌直浇道（47），固定模右自搅拌直浇道（47）分别与固定模第三自搅拌分浇道（49）、固定模第四自搅拌分浇道（50）连接，固定模第三自搅拌分浇道（49）与固定模第四自搅拌分浇道（50）由右分流岛（48）分开，固定模第三自搅拌分浇道（49）与固定模第三内浇口（51）连接，固定模第四自搅拌分浇道（50）与固定模第四内浇口（52）连接，固定模第三内浇口（51）、固定模第四内浇口（52）与固定模右铸件型腔（53）连接，在固定模右铸件型腔（53）右侧设有右铸件排气槽（54）；

复合成型板（19）四周设有复合成型板导套（56），中部左侧设有复合成型板左自搅拌直浇道（57），复合成型板左自搅拌直浇道（57）分别与复合成型板第一自搅拌分浇道（58）、复合成型板第二自搅拌分浇道（59）连接，在复合成型板（19）左侧设有左活动模芯孔（60）；复合成型板（19）中部右侧设有复合成型板右自搅拌直浇道（61），复合成型板右自搅拌直浇道（61）分别与复合成型板第三自搅拌分浇道（62）、复合成型板第四自搅拌分浇道（63）连接，在复合成型板（19）右侧设有右活动模芯孔（64）；

固定模（15）、复合成型板（19）、左活动模芯（17）、右活动模芯（18）合模后组成了主浇口（34）、左自搅拌直浇道型腔（35）、右自搅拌直浇道型腔（36）、第一自搅拌分浇道型腔、第二自搅拌分浇道型腔、第三自搅拌分浇道型腔（66）、第四自搅拌分浇道型腔（67）、左铸件型腔（37）、右铸件型腔（38）；

在固定模（15）上设有固定模进油孔（30）、固定模出油孔（31）、固定模油路（33），在复合成型板（19）上设有复合成型板进油孔（28）、复合成型板出油孔（29）、复合成型板油路（32）。