金属合金的半固体浓缩加工制造技术

通过如下方法加工金属合金，即使所述金属合金从起始的金属合金高温冷却至低于合金液相线温度、但高于固相线温度的半固体温度，并使金属合金在半固体温度时维持足够的时间，以在分散于液相中的球状固相金属合金中生产一种半固体结构。冷却可通过如下方式完成，即提供一个起始温度低于固相线温度的坩锅，将金属合金倾倒入坩锅，然后让金属合金和坩锅在金属合金的液相线温度和固相线温度间达到热平衡。本方法还可以包括除去存在于金属合金半固体结构中的至少一些、但非全部的液相，以生成金属合金的一种富含固体的半固体结构，并使具有这种富含固体的半固体结构的金属合金成型。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属合金的固化加工，更具体而言，涉及金属合金的半固化加工。
技术介绍
将金属浇铸成有用的形状，需要加热金属使温度高于其熔点温度，将熔化的金属放入一个模板(称为“一个铸模”)中，然后冷却金属至一个低于其熔点的温度。金属以铸模规定的形状固化，并被随后从铸模中除去。在这些总的原则下，浇铸技术已知具有广泛的多样性。当大多数金属合金自熔融状态被冷却时，他们并非在一个单一的温度下、而是在一个温度范围内固化。当金属被冷却时，它首先达到一个液相线温度，合金在该温度开始凝固。当温度被进一步降低时，金属成为固体的部分不断增加，直到金属在低于固相线温度以下全部成为固体。在常规的浇铸实践中，金属从高于液相线温度的熔融态被冷却至低于固相线温度的固态时，无需使其保持在一个介于液相线温度和固相线温度之间的某一温度。然而，已知的是冷却金属至一个介于液相线温度和固相线温度之间的半固体温度范围，并保持金属处于那个温度，以使金属处于半固体状态。或者，金属可被从一个低于固相线温度的温度加热至介于液相线和固相线温度之间的半固体温度范围。无论经由何种途径，金属达到这一半固体温度范围，然后该半固体材料通常被加工，生产出一种在液体基体中的固体小球的结构。这种过程可能需要强烈的搅拌，但如果能实现合适的条件以产生许多结晶晶核(例如通过迅速冷却或使用合适的晶粒细化技术)，此过程可能仅需要一个老化步骤。随后，半固体混合物在所述半固体状态下，通常是通过型铸法被强制进入一个铸模。在常规的半固体浇铸技术中，加热和冷却参数需要被小心地加以控制，具体地说是指维持加工设备所处的保持温度。本专利技术人充分了解到，对商业目的而言，在半固体加工温度下，传统的处理方法局限于使用其固体部分随温度降低而增速低的合金。许多合金从而被排斥于实际的商用半固体加工之外，除非高度的温度控制(要求昂贵的设备)可以实现。对许多商用半固体浇铸操作而言，这种高级的控制是不可能或不实际的。因此，需要一种改进的金属合金半固体浇铸处理方法，它对加工参数具有较小的限制性，并生产更好品质的终产品。本专利技术实现这种需要，并进一步提供相关的优点。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于金属合金半固体加工的方法，可操作于温度变化在半固体温度范围内的具有或高或低固体含量变化的多种金属。本专利技术的方法不需要在半固体范围里的强烈搅拌和/或混合，从而减少向半固体材料中即由此向浇铸产品中引入缺陷，使最后浇铸产品品质提高。这一加工方法还允许半固体结构中固体和液体的相对部分在温度不变的情况下能被有控制地改变，以使铸态产品的结构也同样可以改变。浇铸设备中材料的回收也便利。在一项优选的实施方案里，金属合金的温度控制被大大地简化，从而使半固态下具有很窄的可操作温度范围的材料也能被加工。依照本专利技术，一种具有液相线温度和固相线温度的金属合金被加工。本方法包括如下步骤，即提供在金属合金液相线温度和固相线温度之间具有半固体范围的金属合金，加热金属合金至高于液相线温度的合金起始高温以全部熔化合金，从起始金属合金高温降低金属合金的温度至一个低于合金液相线温度、但高于固相线温度的半固体温度，并使金属合金在半固体温度上维持足够的时间，通常是在1秒钟到5分钟之间，以在一种分散于液相中的球状固相金属合金中生产出一种半固体结构。此外作为任选，本方法还包括除去存在于金属合金半固体结构中的至少一些、但非全部的液相，以形成金属合金的一种富含固体的半固体结构。具有该半固体结构或富含固体的半固体结构的金属合金随后优选地被成型。在一个本专利技术尤为优选的实施方案中，金属合金从高于液相线的温度到半固体温度的冷却可以通过如下方式完成，即在低于固相线温度的坩锅起始温度下提供一个坩锅，将金属合金倾倒入坩锅，然后让金属合金和坩锅的温度在半固体温度达到平衡。金属合金和坩锅的相对质量和性质以及它们的起始温度优选地被选择，以使金属合金和坩锅在其两者间达到热平衡时，能处在所期望的半固体温度。这样，温度控制得以简化，随温度降低而具有高重量分数固体形成的金属合金可被加工。如果本专利技术尤为优选的实施方案被采用，半固体混合物可不经固化而被直接转移到一个型铸机，型铸由此产生的半固体球状化的混合物。然而，优选的是包括一个在浇铸前除去至少一些液相的步骤，因为这将允许球状化步骤在基本上是液相存在的条件下也能发生，并导致更有效的热质传递。如果使用的话，液相的除去优选地是通过让液相通过一个过滤器或其它多孔渗透结构从半固体材料中排出来完成，从而增加半固体材料中固体材料的相对量。在通常情况下，起始时半固体结构有少于约50重量百分比的固相，优选地是约20至约35重量百分比，除去液相，直到富含固体的半固体结构有约35至约55重量百分比的固相，优选地是约45重量百分比。固相重量百分比按随后描述的方法确定。固体重量分数的浓缩通过除去液相完成之后，金属合金是触变的。即是说，它可以固体的方式被处理，而且随后可通过例如压力型铸之类的任何可操作的液体加工技术被最后成型。本专利技术可以用于任何具有半固体范围的材料，但优选地是用于铝合金。它可用于被一个在加工过程中始终保持为固态的相所加强的合金，生产最终的、铸型加强的复合材料。本专利技术还提供一种适于与上述操作一起使用的改进的合金组合物。改进的合金组合物允许当加工方法中有一些液相被除去时，生产出有所期望的最终组成的固体产品。按照本专利技术的这一方面，改进的合金组合物包括一个贱金属合金，其溶质元素被调节，以说明此贱金属合金的一部分在介于改进的合金组合物的液相线温度和固相线温度之间的半固体温度下以液相形式被除去，除去液相后剩余的材料就因此具有贱金属合金的组成。换言之，本专利技术提供一种改进的合金，其组成由下列步骤确定，即提供具有贱金属合金组成的贱金属合金，并用贱金属合金作为起始材料进行一个分离程序。分离程序包括如下步骤，即加热起始材料至高于其液相线温度，冷却起始材料至介于其液相线温度和固相线温度之间的半固体温度，起始材料在这一半固体温度下有一个液体部分和一个组成与液体部分不同的固体部分，以及除去至少一部分液体部分，留下一个具有不同于起始材料的组成的剩余组成的剩余部分。改进的合金组合物被确定，以便当将其通过使用此改进合金作起始材料的分离程序加工时，其剩余组成基本上是贱金属合金的组成。在对本专利技术进行设想时，专利技术人充分了解到，作为实践，商用背景下常规的半固体加工方法局限于那些在保持的温度下，固体重量百分比随温度的变化率的绝对值为大约每摄氏度一个重量百分比固体或更小的合金。本方法允许对那些在保持的温度下固体重量百分比随温度的变化率的绝对值大于每摄氏度大约一个重量百分比固体、并甚至大于每摄氏度大约2个重量百分比固体的合金进行半固体加工。从而，对于许多此前极难、或不可能进行商业加工的合金，本专利技术开创了对其进行半固体加工的方式。通过随后的对优选实施方案的更详细的描述，并结合例示的阐明专利技术原理的附图，本专利技术的其它特征和优点将显而易见。然而，本专利技术的范围并不局限于该优选实施方案。附图说明图1为实施本专利技术的一个优选方法的方块流程图；图2描绘一个可操作的金属合金的第一种形式的相图；图3描绘一个可操作的金属合金的第二种形式的相图；图4为一个坩埚处于倾斜的倾倒态势的实例的侧面剖示图；图5为图4中坩埚处于垂直的浓缩态势、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加工具有液相线温度和固相线温度的金属合金的方法，该方法包括下列步骤：提供具有介于金属合金的液相线温度和固相线温度之间的半固体范围的金属合金；加热金属合金到一个高于其液相线温度的起始金属合金高温；从起始金属合金高温 降低金属合金的温度到一个低于液相线温度但高于固相线温度的半固体温度，其中该降温步骤包括：提供一个坩锅起始温度低于固相线温度的坩锅，将金属合金倾倒入坩锅，和在介于金属合金的液相线温度和固相线温度之间的一个温度，让金属合 金和坩锅达到热平衡，和维持金属合金在半固体温度一段时间，以在分散于液相中的球状固相金属合金中生产出一种半固体结构。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DA杜特雷，G海，P瓦勒斯，
申请(专利权)人：艾尔坎国际有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]