半固態金屬材料的成形方法技術

本發明專利技術涉及一種使金屬材料在半固態下成型的方法，它包括：制備一種觸變金屬的坯料，它在重量上與所用的金屬相當，對此坯料重加熱，直至達到與成型所需的粘度相應的液體部分比率，將此坯料運往鍛壓機或壓鑄機，借助鍛造或壓鑄使坯料成型。其特征在于，借助將重加熱功率相應調到與該材料在填充鍛模或型腔時對鍛錘或噴射柱塞的阻力相關的數值來將該坯料的粘度調到所需值。此法特別適用于觸變鋁合金的成型。（*該技術在2015年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及將金屬材料在半固態以壓力鑄造或鍛造成形的方法。觸變金屬制品(thixotropic metal product)，特別是含鐵、銅或鋁的合金在半固態下成形的方法已公知二十余年了。法國專利2141979(同族專利為US3,948,650)首先描述了鑄造觸變金屬的方法，該法由以下步驟組成提高該合金溫度直至達到液態，冷卻使之局部凝固、強烈攪動此液—固混合體以便打碎技晶并將其至少2/3的初始組成轉變成大致為園形的小球。重加熱至半固態的觸變金屬在其重加熱及運至成形機時處理起來就象固體一樣，而在成形時則象均勻的粘滯的液體。在半固態下制造制品的方法優于標準的方法較低的成形能量及較快的冷卻，這使得收縮減少、生產率較高而工具或模具的磨損和損壞減少。這些方法一般包括以下步驟—以機械的或電磁釬焊生產初生相部分或全部為球狀組織的觸變金屬或合金的坯料或錠子。—按制造該制品的每個生產周期所用的金屬重量切割坯料。—重加熱此坯料直至達到液體部分與所期望的粘度相當。此重加熱可以幅射或感應加熱完成。—將經重加熱的金屬運至成形設備(鍛壓機或壓力鑄造機)。—使欲生產的制品成形。重加熱的半固態金屬的粘度是本方法的要點之一。若金屬的粘度過高、則其在成形時不象均一的液體那樣流動，從而所生產的制品有內在缺陷。反之，若此粘度過低，則不再能象處理固體那樣處理坯料。部分金屬液流掉并損失，從而使成形機的進料受到妨礙。半固態時的粘度取決于以下參數a)初始相中的球比率程度。該組織越接近理想的，其中全部技晶都已變成較好的園球的球狀組織，則該粘度降得越低。b)重加熱所得到的液態部分。液態部分越多則粘度越低。c)該成形工藝的剪切速度。越是增加此速度，則越是降低此粘度。此剪切速度一般是由成形機及制品的幾何形狀決定的，因必須通過球化率程度和液體部分的適當組合才可以得到所需的粘度。另一方面，從一個成形周期到另一周期，此粘度必須是可重現的，從而保證產品本身及其質量的重現性。在保持半固態的期間，就調整液態部分的比率和固態部分的球化程度而言，坯料的重加熱在重現性方面起著決定性的作用，這見于W.Lowe的文章“Evolution microstructurale et comportement rhé-ologique d′alliages aluminium—siliciumàl＇étatsemi—Solide[Microstruc-tural evolution and rheological proper—ties of aluminium—silicon alloy ina semi—solid state”National polytechnic Institute of Grenoble，October，1992。這樣，所提到的問題就包括通過影響重加熱制度尋找持久地確保該重加熱的坯料的恒定的粘度的簡單而可靠的方法，這些坯料是將要被引入注射成型機或鍛壓機的。己提出各種解決方案以確保這一制度a.在“Manufacture of Automotive Components By Pressure DieCasting in Semi Liquid State”(published in Die Casting World.October.1992)一文中，R.Moschini談到了一種方法，該法包括在將坯料自重加熱爐運往注射成型機的過程中，用連在操縱裝置上的速讀熱電偶直接測量該坯料的溫度幾秒鐘。如果測得的溫度超出預定的范圍，則使此坯料改道繞行，以便防止其以不適宜的溫度進入該機器。此法在原理上及其實際應用上均有很多缺點。一方面，恒定的溫度不保證恒定的粘度，實際上，在給定的溫度下，液體部分可根據在同樣的標準說明書范圍內的合金成分的差異而變化。比如，在AlSi7Mg型(相當于Aluminum Association of the USA的牌號A356及A357)的鋁合金中，硅可以6.5變到7.5％，這導致在577℃時液體部分的顯著變化。該金屬初生相的球化程度也可從一批料到另一批料而有所改變，這在恒定的液體部分時導致給定溫度下的粘度的變化。最后，對于具有實質上的等溫共晶平臺的合金，如鋁—硅合金而言，溫度的測量對熔融的共晶部分未提供任何信息。另一方面，從實施的觀點出發，由于粉塵在熱電偶上的堆積或紅外線測量的不精確性，以每小時60—100個周期重復的生產速度所測量的半固態金屬材料的表面溫度和中心溫渡就產生了實質性的問題。b.重加熱溫度也可通過控制供給爐內的電力而得以調整，這在感應爐中是很容易作到的。但這里還要強調，初始相中的球化率的變化及在標準說明書中的化學成分的變化使得保證重加熱坯料的粘度的充分的恒定性是不可能的。此外，在同一套設備中由于局部環境狀況，如外界溫度或空氣流的變化使能量通過對流的損失發生顯著的變化是可以理解的。c.最后，一直推薦的是用透度計類型的探頭，如M.C.Flemings，R.G.Riek及K.P.Roung在“Rheocasting”(Materials scienec and Engi-neering，Vo1.25，1976，PP.103—177)一文中所述的探頭直接測量重加熱后的坯料粘度。此法雖然不產生偏離，但也有實際的應用問題。在高生產率時，粉塵非常迅速地堆積在此探頭上從而改變其幾何形狀及表面狀況，因此使測量失真。另一方面，在壞料成形前對其切割或打孔而引起的外部物體的貫入可引起諸如氧化物夾雜或氣泡之類的缺陷，這是會惡化所生產的制品質量的。本專利技術的目的在于避免上述方法中的缺點及提供一種借助重加熱調整重加熱后坯料粘度的簡單有效而可靠的方法，該法將導致所生產制品的恒定的，可重現的質量。本專利技術的技術方案是一種使金屬材料于半固態時成形的方法，它包括—制備觸變金屬材料的坯料，它在重量上與生產此制品的每個生產周期所用的金屬相當，—將此坯料于半固態下重加熱，直至達到與成形所需的粘度相當的液體部分的比率，—將此坯料運往鍛壓機或壓鑄機，其特征在于通過相應地將重加熱功率調到與填充鍛模或鑄模型腔時該材料對鍛錘或噴射柱塞阻力相關的數值而將此坯料的粘度調到所需值。控制調節重加熱的這一數值可以是在鍛錘或噴射柱塞上測得的背壓，甚至是在壓鑄情況下的，以壓機恒定的水壓設定值下的噴射柱塞的給料速度。事實上，在壓鑄重加熱至液體部分約為50％的AlSiMg型的鋁一硅合金的過程中，申請人觀察到在相當于填充鑄模型腔的第二階段時的變形壓力完全預料不到地是在30—80Mpa之間，這就是說，這比理論上的，或比如在上述W.Loue的文章中所述的粘度的理論測算所預計的壓力高得多，后者表明該壓力在0.001—0.1MPa的數量級上。申請人還觀察到，當從一個到另一個生產周期時重加熱材料的粘度由于重加熱的不穩定性而引起的液體部分的變化，或是由于固相中球化率程度的不同而改變時，填充壓力也不同。最后，通過采用不是在一封閉線路中對壓鑄周期進行控制的傳統壓鑄機，申請人觀察到，以恒定設定值向電動機預頂裝置供油時，為填充所需的壓力的增加表現為減慢了該柱塞的給料速度。在此情況下，此觸變成形裝置包括一臺感應重加熱爐，它包括兩個功率水平可分別調節的區，—一臺自動裝置，它將重加熱后的坯料拿起再送入壓鑄機的容本文檔來自技高網...

【技術保護點】
使金屬材料在半固態成形的方法。它包括：－制備觸變金屬材料的坯料，在重量上它與制造該制品的每個生產周期所用的金屬相當，－在半固態下重量加熱此坯料直到，達到與成形所需的粘度相應的液體部分比率，－將此坯料運至鍛壓機或壓鑄機，－通過 鍛壓或鑄使該坯料成形，其特征在于通過將重加熱功率相應地調到該材料在填充鍛模或鑄模型腔時對鍛錘或噴射柱塞的阻力相關的數值而將此坯料的粘度調節到所需值。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：M加拉特，W勞，
申請(專利權)人：皮奇尼鋁公司，
類型：發明
國別省市：FR[法國]