半固态挤压压铸方法

摘要

本发明提供一种半固态挤压压铸方法，包括以下步骤：(1)将合金液制成合金的半固态浆料，并使得该浆料的温度保持在570～620℃；(2)用挤压压铸机将温度为570～620℃的合金的半固态浆料压射成合金铸件，其中压射速度为0.05～0.35m/s。本发明提供的半固态挤压压射方法，通过合理控制挤压速度和半固态浆料的温度，可以解决挤压压铸产品热处理后的起泡问题，使热处理后的挤压压铸产品的合格率在95％以上，并能有效提高挤压压铸产品的热处理后的力学性能。

权利要求

1.一种半固态挤压压铸方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将密度＞2.60g/cm3，氢气含量＜0.2cc/100g的合金溶液制成合金的半固态浆料，当合金溶液的温度为675～685℃时，进行搅拌，其中搅拌速度为400～900rpm，冷却空气压力

0.45Mpa，冷却空气流量为20～30L/min，搅拌时间为10～30s，控制合金的半固态浆料中固体含量为30～50％时停止搅拌，并使得该浆料的温度保持在570～620℃；

将水口和冲头的截面积比为5：1～9：1的挤压压铸模具放入挤压压铸机内；

(2)用挤压压铸机将温度为570～620℃的合金的半固态浆料压射成合金铸件，其中压射速度为0.05～0.35m/s。

2.如权利要求1的半固态挤压压铸方法，其特征在于，步骤(1)包括：使得制成的半固态浆料的温度保持在590～600℃；

步骤(2)包括：

将温度为590～600℃的合金的半固态浆料压射成铸件。

3.如权利要求1或2的压铸方法，其特征在于，步骤(2)包括：挤压压铸的压射速度为0.08～0.33m/s。

4.如权利要求1所述半固态挤压压铸方法，其特征在于：在步骤(1)之前，用熔炉将合金锭熔化成合金溶液，在合金溶液中加入粉末精炼剂；其中，熔炉为120KW的双联石墨坩埚炉；

对合金溶液精炼通过通入氮气来除气，使得合金溶液的密度ρ＞2.6g/cm3，氢气含量＜

0.2cc/100g；

其中，通入氮气压力为：0.05～0.15Mpa。

5.如权利要求4的半固态挤压压铸方法，其特征在于，在合金溶液达到690～710℃时，加入粉末精炼剂；

除气过程结束后，将合金溶液静置10～15min，撇去浮渣。

6.如权利要求1的半固态挤压压铸方法，其特征在于，合金为铝硅合金。

说明书

半固态挤压压铸方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种半固态挤压压铸方法。

背景技术

[0002] 20世纪70年代初发展起来的半固态压铸工艺，使传统压铸工艺方式发生了深刻变化。国内外学者提出了许多半固态金属浆料制备的工艺方法，如机械搅拌法、控制凝固法、应变激活工艺等。通过这些制浆工艺制备的含一定固体含量的半固态浆料在压铸机上压铸成型半固体铸件，半固态铸件球状晶组织致密、产品热变形小，可以生产薄壁产品。一般半固态产品不适合做T6热处理提高铸件强度。

[0003] 挤压铸造又称液态膜锻，使对注入模具的液态合金施加较高的机械压力，使其成形和凝固而获得制件的工艺方法。由于该工艺是对未凝固的金属施加较高的压力，所示铸件内部组织细密，无缩孔、缩松等缺陷，可进行T4、T6热处理，其力学性能高于普通铸件，接近或相当于就铸件水平。在压铸机上通过超低速工艺生产铸件的方法就是挤压压铸，挤压压铸件可以通过热处理提高硬度和抗拉强度。

[0004] 目前，压铸行业新发展的新工艺有半固态压铸工艺和挤压压铸工艺。半固态压铸工艺生产的薄壁铸件不适合做T6热处理，挤压压铸工艺生产的铸件可以做T6热处理。但由于内部组织晶粒结构使挤压压铸热处理后强度受到一定限制。本发明结合了半固态压铸和挤压压铸两种工艺，新工艺生产的半固态挤压压铸产品既有半固态的球状晶组织，又有挤压产品组织致密的特征，产品热处理后的质量和强度得到很大提供。

发明内容

[0005] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种半固态挤压压铸方法，包括以下步骤：

[0006] (1)将合金液制成合金的半固态浆料，并使得该浆料的温度保持在570～620℃；

[0007] (2)用挤压压铸机将温度为570～620℃的合金的半固态浆料压射成合金铸件，其中压射速度为0.05～0.35m/s。

[0008] 其中，步骤(1)包括：使得制成的半固态浆料的温度保持在590～600℃；

[0009] 步骤(2)包括：将温度为590～600℃的合金的半固态浆料压射成铸件。

[0010] 其中，步骤(2)包括：挤压压铸的压射速度为0.08～0.33m/s。

[0011] 其中，步骤(1)包括：将密度＞2.60g/cm3，氢气含量＜0.2cc/100g的合金溶液制成半固态浆料。

[0012] 其中，步骤(1)包括：搅拌合金溶液制备半固态浆料，其中搅拌速度为400～900rpm，冷却空气压力0.45Mpa，冷却空气流量为20～30L/min，控制合金的半固态浆料中固体含量为30～50％时停止搅拌。

[0013] 其中，在步骤(1)之前，

[0014] 用熔炉将合金锭熔化成合金溶液，在合金溶液中加入粉末精炼剂；其中，熔炉为120KW的双联石墨坩埚炉；

[0015] 对合金溶液精炼通过通入氮气来除气，使得合金溶液的密度ρ＞2.6g/cm3，氢气含量＜0.2cc/100g；

[0016] 其中，通入氮气压力为：0.05～0.15Mpa。

[0017] 其中，在合金溶液达到690～710℃时，加入粉末精炼剂；

[0018] 除气过程结束后，将合金溶液静置10～15min，撇去浮渣。

[0019] 其中，步骤(1)还包括：当合金溶液的温度为675～685℃时，进行搅拌，搅拌时间为10～30s。

[0020] 其中，步骤(1)和步骤(2)之间还包括，将水口和冲头的截面积比为5：1～9：1的挤压压铸模具放入挤压压铸机内。

[0021] 其中，合金为铝硅合金。

[0022] 本发明的有益效果为：本发明提供的半固态挤压压射方法，通过合理控制挤压速度和半固态浆料的温度，可以解决挤压压铸产品热处理后的起泡问题，使热处理后的挤压压铸产品的合格率在95％以上，并能有效提高挤压压铸产品的热处理后的力学性能。

附图说明

[0023] 并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

[0024] 图1是本发明的一种半固态挤压压铸方法的一个实施例的方法流程图；

[0025] 图2是本发明的一种半固态挤压压铸方法的一个实施例压铸的铸件的剖面图；

[0026] 图3是普通高速压铸的铸件的剖面图；

[0027] 图4是本发明的一种半固态挤压压铸方法的一个实施例压铸的铸件经T6热处理后的力-变形曲线。

具体实施方式

[0028] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

[0029] 本发明的基本思想是，通过将半固态压铸和挤压压铸两种工艺结合，制成一种既有半固态的球状晶组织，又有挤压产品的组织细密等特征的高质量的铸件。

[0030] 其具体实现过程可以表示为：

[0031] 用双联石墨坩埚旋转熔化合金锭→石墨转子除气机除气→用测氢仪和密度当量仪检测铝液含氢量→机器人用机械搅拌制浆→半固态浆料倒入挤压压铸机料筒→用低速挤压工艺参数压铸成型铸件。

[0032] 具体实现步骤，如图1所示，主要包括:

[0033] (1)将合金液制成合金的半固态浆料，并使得该浆料的温度保持在570～620℃；

[0034] (2)用挤压压铸机将温度为570～620℃的合金的半固态浆料压射成合金铸件，其中压射速度为0.05～0.35m/s。

[0035] 下面将通过实施例的形式，对实现步骤做进一步讲解。

[0036] 实施例半固态挤压压铸方法

[0037] 方法一：

[0038] 用熔炉将硅铝锭熔化成硅铝合金溶液，在硅铝合金溶液为690℃时加入粉末精炼剂；其中，熔炉为120KW的双联石墨坩埚炉；

[0039] 对硅铝合金溶液通过通入压力0.05Mpa氮气来除气，使得硅铝合金溶液的密度ρ＞2.6g/cm3，氢气含量＜0.2cc/100g，除气结束后，将硅铝合金溶液静置10min，撇去浮渣。

[0040] (1)在硅铝合金溶液的温度为675℃时进行搅拌，并制成半固态浆料，其中搅拌速度为200rpm，冷却空气压力为1.5kg，冷却空气流量为20L/min，搅拌时间为10s，使硅铝合金的半固态浆料中固体含量大于40％，并使得该浆料的温度保持在570℃；

[0041] 将水口和冲头的截面积比为5：1的挤压压铸模具放入挤压压铸机内。

[0042] (2)用挤压压铸机将温度为570℃的硅铝合金的半固态浆料压射成硅铝合金铸件，使用的压射速度为0.05m/s。

[0043] 方法二：

[0044] 用熔炉将硅铝锭熔化成硅铝合金溶液，在硅铝合金溶液为710℃时加入粉末精炼剂；其中，熔炉为120KW的双联石墨坩埚炉；

[0045] 对硅铝合金溶液通过通入压力0.15Mpa氮气来除气，使得硅铝合金溶液的密度ρ＞2.m/s，氢气含量＜0.2cc/100g，除气结束后，将硅铝合金溶液静置15min，撇去浮渣。

[0046] (1)当硅铝合金溶液的温度为685℃时进行搅拌，并制成半固态浆料，其中搅拌速度为400rpm，冷却空气压力为4.5kg，冷却空气流量为30L/min，搅拌时间为10s，使得硅铝合金的半固态浆料中固体含量为50％，温度为620℃；

[0047] 将水口和冲头的截面积比为9：1的挤压压铸模具放入挤压压铸机内；

[0048] (2)用挤压压铸料筒将温度为620℃的硅铝合金的半固态浆料压射成硅铝合金铸件，其中压射速度为0.35m/s。

[0049] 方法三：

[0050] 用熔炉将硅铝锭熔化成硅铝合金溶液，在硅铝合金溶液为700℃时加入粉末精炼剂；其中，熔炉为120KW的双联石墨坩埚炉；

[0051] 对硅铝合金溶液通过通入压力0.08Mpa氮气来除气，使得硅铝合金溶液的密度ρ＞2.6g/cm3，氢气含量＜0.2cc/100g，除气结束后，将硅铝合金溶液静置12min，撇去浮渣。

[0052] (1)当硅铝合金溶液的温度为680℃时进行搅拌，制成半固态浆料，其中搅拌速度为300rpm，冷却空气压力为4.5kg，冷却空气流量为25L/min，搅拌时间为30s，使得铝合金的半固态浆料中固体含量为40％，温度为590℃；

[0053] 将水口和冲头的截面积比为7：1的挤压压铸模具放入挤压压铸机内。

[0054] (2)用挤压压铸料筒将温度为590℃的硅铝合金的半固态浆料压射成硅铝合金铸件，其中压射速度为0.08m/s。

[0055] 方法四：

[0056] 用熔炉将硅铝锭熔化成硅铝合金溶液，在硅铝合金溶液为705℃时加入粉末精炼剂；其中，熔炉为120KW的双联石墨坩埚炉；

[0057] 对硅铝合金溶液通过通入压力1.4kg氮气来除气，使得硅铝合金溶液的密度ρ＞2.6g/cm3，氢气含量＜0.2cc/100g，除气结束后，将硅铝合金溶液静置13min，撇去浮渣。

[0058] (1)当硅铝合金溶液的温度为680℃时进行搅拌，制得半固态浆料，其中搅拌速度为300rpm，冷却空气压力为0.12Mpa，冷却空气流量为25L/min，搅拌时间为30s，使得铝合金的半固态浆料中固体含量为45％，温度为600℃；

[0059] 将水口和冲头的截面积比为6：1的挤压压铸模具放入挤压压铸机内。

[0060] (2)用挤压压铸料筒将温度为590℃的硅铝合金的半固态浆料压射成硅铝合金铸件，其中压射速度为0.33m/s。

[0061] 进一步地，在具体实施过程中，可以使用移动式石墨转子除气机，旋转喷吹氮气对铝液精炼除气，扒渣后的合金液可以通过测氢仪抽真空做密度擦亮样件，用密度当量仪间接检测合金含氢量，当合金液的密度和氢气的含量同时达到预定标准时，开始压铸生产，密度偏小时重新精炼除气操作，直至合金液的密度和氢气含量达到本发明所约束的标准，通常情况下，精炼除气的时间为20～40min即可达到标准。

[0062] 用合金溶液制备半固体浆料时，可用五连杆舀汤机舀合金液，用机器人搅拌机对汤勺中的铝液进行搅拌。

[0063] 经本发明提供的压铸方法压铸的铸件可以进行T4、T6热处理，且热处理后的产品起泡率大大降低，具有较高的合格率。为验证这一观点，特对经本压铸方法压铸并经T6热处理后的铸件进行抽样检测，用X-Ray和刨切检查成品内部质量，并进行相关力学性能检测以及合格率审核，检测结果如下：

[0064] 表1：固态挤压压铸工件的性能检测结果

[0065]

[0066]

[0067] 根据表1可知，经过本发明提供的压铸方法压铸的铸件经过热处理后的成品平均合格率为95％，并且热处理后的铸件的平均硬度为112.3HB，抗拉强度为322.9Mpa。

[0068] 进一步地，将本发明的压铸方法压铸的铸件和普通高速压铸生产的铸件进行力学性能对比实验，具体结果如表2所示：

[0069] 表2：拉伸试验数据对比数据

[0070]

[0071] 通过表2中抗拉强度和断后延伸率的对比，可以得出，本发明的压铸方法压铸的铸件可以进行热处理，并且热处理后的铸件在抗拉强度和硬度方面均优于普通的高速压铸产品，而普通高速压铸铸件则不能进行热处理。

[0072] 下述经热处理后的半固态挤压压铸铸件的力-变形曲线上也进一步验证了本结论的部分，具体如图4所示。由图4可知，经本发明提供的半固态挤压压铸方法压铸的铸件经T6热处理后，在抗拉强度、韧性和硬度三个方面均具有优异的性能。

[0073] 另外，本发明提供的半固态挤压压铸方法，由于速度控制在0.05～0.35m/s，使得整个压铸过程中浆料填充平稳，气孔产生量小，进而使得铸件的内部组织细密，无缩孔、缩松现象，具体图2所示，并可进行T4、T6热处理，另外，由于浆料为半固态，使得压铸几乎没有缩水和热变；而传统高压压铸成型容易将气泡包裹其中，产生气孔，如图3所示。另外，在慢速压铸过程中，由于填充过程中滑块承受的熔流冲击少，且各处受的冲击比较均匀，挤压压铸的模具寿命可提高60％～200％，并可减少50％的脱模剂。

[0074] 具体来说，本发明通过铝合金液精炼除气工艺控制铝合金液的含氢量，并通过双联坩埚炉的两炉交替轮换使用，可以连续对铝合金溶液进行除氢，直至氢气含量＜0.2cc/100g，同时铝液的密度大于2.60g/cm3，降低生成的压铸件中的起泡率。

[0075] 另外，本发明通过控制半固态浆料搅拌制浆的搅拌速度、搅拌时间、冷却介质的压力、流量等参数制备出温度一定，固体含量一定的半固态浆料，在温度为570～620℃，半固态浆料含30％～50％固态浆料的情况下进行挤压压铸，可是使得生成的铸件内部结构更加紧密，铸件产品的热变形小。

[0076] 通过控制模具的水口的形式和截面积，使模具结构与挤压压铸参数相契合，并通过控制半固态挤压压射速度，实现半固态浆料的顺序充型，提高了最后压射产品的硬度和抗拉强度。

[0077] 通过控制半固态挤压压射的速度，实现半固态浆料的顺序充型，避免卷起，生产出球状晶组织致密、变形小，T4、T6热处理成品率高的挤压产品。

[0078] 综上所述，本发明提供的半固态挤压压射方法，通过合理控制挤压速度和半固态浆料的温度，可以解决挤压压铸产品T4、T6热处理后的起泡问题，使热处理后的挤压压铸产品的合格率在95％以上，并能有效提高挤压压铸产品的热处理后的力学性能。同时，半固态浆料用挤压压铸工艺连续生产半固态挤压产品，提供了挤压压铸的新思路，也推动了挤压压铸新工艺的推广进程。

[0079] 需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0080] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。