製備金屬部件的裝置的製作方法

2023-05-03 05:59:26

專利名稱：製備金屬部件的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及工業用金屬成形領域，尤其是涉及一種由非樹枝狀、 半固態金屬漿形成金屬部件的裝置和方法。
技術背景眾所周知，多數金屬合金成分呈樹枝狀固結。在合金成分冷卻到 液相溫度之下時，其由晶核開始逐漸形成枝狀或樹狀顆粒。同樣眾所 周知，分割枝狀顆粒或在固結期間阻止枝狀生長以形成大體為球形或 橢球形的非枝狀的或退化的枝狀顆粒具有某種優點。特別是，人們已 經發現各種方法和物理性質優點可通過澆鑄或者其它方法由非枝狀、 半固態的金屬漿形成金屬部件而獲得。與含有枝狀顆粒的半固態金屬 合金成分相比，半固態金屬漿中的非枝狀金屬顆粒大大地降低了特定 固體部分的粘度。粘度上的差別通常為幾個數量級。
非枝狀半固態金屬成形的優點包括較高速度的部件成形、高速 的連續澆鑄、較低的模具腐蝕、較少的能量損耗、改進的填模、減少 的氧化物(其改善了最終金屬部件的可加工性)、較少的滯留氣體(從 而降低其孔隙度)。由半固態漿澆鑄或以其它方法形成金屬部件的其 它優點包括在形成金屬部件期間具有較小的收縮、在成形金屬部件中 具有較少的孔隙和較小的孔隙度、較低和宏觀偏析和較均勻的機械性 質(如強度)。在澆鑄或其它成形工藝中使用非枝狀半固態合金成分 形成較複雜的部件也是可能的。例如可形成具有較薄的外壁並提高了 強度特性的部件。通過在液態金屬合金成分冷卻到合金成分的液相溫度以下的期間 使用機械混合，已經製備了用於工業澆鑄和其它金屬成形工藝的非枝 狀半固態漿。現已使用的其它技術包括在冷卻期間進行電磁攪拌(通 常用於連續澆鑄工藝)、在液態金屬成分經過曲折的通道時冷卻液態 金屬成分、在半固態溫度區域進行長時熱處理等。這些工藝是眾所周 知的並已經被很好地應用於各種工業上重要應用中。最近，通過將過熱的熔融合金傾注到相對較涼的容器(如熔爐或 者模鑄機的冷卻室)中，產生了非枝狀半固態漿。這些工藝依賴於在 傾注過程中當合金接觸容器壁時將合金成分從液相溫度以上冷卻到液 相溫度以下。這種工藝在形成非枝狀半固態金屬漿時是有效的；然而 其具有工藝限制。首先，該工藝依賴於容器壁的排熱。由於容器壁溫 度的改變和不連續的圓筒表面積使得利用這一技術來控制熱量的去除 變得困難。其次，通過傾注會發生對流；因此，如果在太高的溫度下 注入合金，對流力就會在合金通過液相而進行冷卻之前消散，阻止了 非枝狀漿的形成。工業品包括各種用於汽車應用的鋁鎂合金部件，如主制動氣缸， 以及用於轉向和懸架系統的各種部件。其它實際或潛在的應用包括搖 臂、發動機活塞、車輪、傳動部件、燃料系統部件以及空調部件。使用機械攪拌形成非枝狀半固態金屬漿的已知工藝存在一個問 題，即攪拌器的表面會被金屬漿中液態金屬弄溼。因此，當將攪拌器
從金屬漿中移出時， 一些金屬漿中的液態金屬會粘在攪拌器的表面。 一些溼潤或粘在攪拌器和/或容器表面的液態金屬快速凝固並形成金 屬塗層，該塗層必須在攪拌器和/或容器再次用於製備更多的非枝狀半 固態金屬液漿之前被去除。從攪拌器表面去除金屬沉積物常常是困難 的、耗時且成本較高，並且會導致較低的成品率。具有較低潤溼性的 材料通常不適用於處理液態金屬合金成分(如因為它們在高溫時缺少夠高的適於快速從非枝狀半固態金屬漿中快速除熱的熱傳導率。通過 在金屬攪拌器的表面應用低潤溼性的塗層可獲得較低的潤溼性。氮化 硼塗層已經被用在攪拌器和/或容器表面以成功地降低潤溼性而不降 低其熱傳導率。然而，氮化硼塗層缺少結構強度並需要周期性地更換。 利用常規的工藝來製備具有相對較高的固體含量(如約大於10% )的非枝狀半固態金屬合金成分的另 一問題為常常需要大量的時間來冷卻金屬漿以獲得所需的固體含量。通常在陶瓷容器或預熱容器 中攪拌合金成分以防止在容器(攪拌就在其內完成)壁形成晶核和固 體。因此，相對較慢地進行冷卻，從而較長的處理時間和較低的產量。 通過使用具有足夠質量、熱傳導率和熱容量的涼容器可獲得快速冷卻。 然而，這能產生不可接受的不利於形成非枝狀半固態金屬漿的高溫度 梯度，和/或將合金成分冷卻到不適於將合金成分構造成所需部件的溫度。美國專利US6，645，323公開了 一種無表層(skinless )金屬合金成 分，其不含有封閉氣體並包括在次生相均勻分布的初生相固體不連續 退化枝狀晶體。所公開的合金是通過某一工藝形成的，該工藝在容器 內加熱金屬合金直至使其變為液態。之後，快速冷卻液體，同時盡力 攪拌，該攪拌是在避免在形成均布在液體中的固體晶核時將氣體封閉 在其內的條件下進行的。利用伸入液體的冷卻旋轉式探測器可完成所 述的冷卻和攪拌。當液體中含有少量固體或者從攪拌源去除液固合金 時停止攪拌，同時繼續進行冷卻從而在液態的次生相形成初生相固體 不連續退化枝狀晶體。例如通過澆鑄而在之後形成固液混合物。
US6，645，323所公開的工藝的 一個問題是用於冷卻和攪拌的冷卻旋轉 探測器易於塗敷有液態金屬，所述液體金屬粘著在攪拌器的表面。因 此，這一專利所述的攪拌器需要經常清洗和/或更換。此外，需要改進 對由鋁合金成分排出的熱量的控制。在本發明的某些方面，提供了克 服這些缺陷的方法和裝置。 發明內容本發明提供一種用於生產非枝狀半固態合金漿的改進方法，所述 的合金漿用於形成金屬部件。尤其是，本發明提供一種促進非枝狀半 固態金屬漿快速冷卻和/或消除或減少以下問題的裝置和方法，即該問 題與接觸金屬漿的裝置表面上金屬的積聚和去除有關。根據本發明的 一個方面，其提供一種利用石墨攪拌器製備非枝狀 半固態金屬合金漿的方法和裝置。所述石墨攪拌器具有合適的高溫強 度性質和熱傳導率，其有助於液態合金成分的快速冷卻，並且其還表 現出較低的潤溼性，因而，消除或大大減少了在將攪拌器從金屬漿中 取出之後將金屬從攪拌器表面移除的需要，並且積聚在攪拌器上的任 何金屬可容易地被去除。因此，石墨攪拌器可用於同時從合金成分去 除熱量，並且還可促進產生有助於非枝狀半固態合金成分的形成的對 流，並且還可避免金屬漿凍結或沉積在攪拌器上。根據本發明的另一方面，根據鋁合金成分在與攪拌器接觸之前的 初始溫度和攪拌器排熱的速度，從鋁合金成分中排出熱量的數量可通 過使鋁合金成分與攪拌器接觸一預設的時間段而得以控制。又一方面，其提供一種快速冷卻非枝狀半固態金屬合金漿的方法 和裝置，其將金屬合金漿含有較低固體含量(如重量百分比從約1% 到約10%)時的溫度冷卻到金屬合金漿含有較高固體含量(如重量百 分比從約10%到約65%)時的溫度。所述的方法和裝置涉及一容器的 使用，該容器具有由高熱傳導率的材料製成的壁，所述的壁有助於金 屬合金漿的快速冷卻。風扇或鼓風機可用於在容器壁周圍導入冷空氣。結合下面的說明、權利要求和附圖，本領域的技術人員可進一步 理解和認識本發明的這些和其它特徵、優點及目的。


圖1為根據本發明實施例中裝置的示意圖。圖2為根據本發明的另一實施例的示意圖。
具體實施方式
如圖l所示，其中示出了根據本發明的實施例的用於製備非枝狀 半固態金屬合金成分的裝置10。 一種非枝狀半固態金屬成分為含有液 態金屬的成分和分布在液態金屬中的不連續的固態非枝狀合金顆粒。 非枝狀顆粒為這樣一種顆粒，其一般為球形或橢球形，並且其在合金 成分的液相溫度之下液體形成晶核和冷卻期間由液相中的對流所產 生。 一種公認的理論認為非枝狀的顆粒是由對流產生的，所述的對流 使正在生長的枝狀晶臂斷裂，隨後的成熟有助於使顆粒平滑為特有的 球形和/或橢球形。由於這個原因，非枝狀的顆粒有時指的是退化的枝 狀顆粒。所述的裝置包括第一保持容器12，其用於容納和保持液態合金成 分，攪拌器14插入到液態合金成分中並進行旋轉以在液態合金成分中 產生對流。所述的攪拌器還傳導來自合金成分的熱量並形成晶核。由 於冷卻使液態金屬合金從剛好高於液相溫度的溫度降低到低於液相溫 度的溫度，隨著對所述成分的攪拌，非枝狀固體顆粒16逐漸從液體中 析出，從而形成半固態金屬漿18。理想地是，所述的攪拌器由某種材 料製成並具有一定質量，隨著合金成分從略微高於液相溫度的溫度降 低到低於液相溫度幾度的溫度，所述攪拌器能夠快速地將熱量從合金 成分移走。也就是說，想要將攪拌器14設計成能夠快速地排出形成非 枝狀半固態金屬合金成分所需的熱量，所述的金屬合金成分通常含有 重量約為1%到20%的固體含量。利用攪拌器進行攪拌的持續時間控 制了從鋁合金成分中排出的熱量。因此，如果初始金屬溫度存在變化， 則控制攪拌的持續時間以產生同 一溫度的產品。所述金屬的溫度可利 用各種設備的任一種進行控制，如光學高溫計、熱電偶等。例如，攪拌器14可為圓柱形。因而，攪拌器14可明顯不同於常 規的攪拌器，常規的攪拌器在晶體形成時就會物理破壞所述的枝狀晶
體。然而，能夠獲得快速冷卻的圓柱形攪拌器產生了晶核或由攪拌運 動所產生的對流而分布的退化的枝狀晶體。因而，使用常規機械攪拌 來形成非枝狀金屬漿是不必要的，所述的機械攪拌物理地破碎了枝狀 晶臂。根據本發明的優選實施例，所述的攪拌器由具有相對較高的熱傳 導率(優選可與銅的熱傳導率相比)和存在鋁的情況下具有相對較低 的潤溼性(優選可與氮化硼相比)的材料製成。 一種公認的攪拌器可 為塗敷有氮化硼的銅攪拌器。然而更需要提供一種無塗層的攪拌器， 該攪拌器具有所需的熱擴散係數以快速去掉熱量，這對於防止攪拌器 表面接近合金成分的液相溫度是重要的，並且還具有所需的低潤溼性 以防止當將其從金屬漿中移出時金屬積聚或者聚集在攪拌器的表面上。已經發現，用於製造攪拌器14的一種非常有用的材料為石墨。石 墨具有相對較高的熱擴散係數(如可與銅相比)，並且具有相對較低的 潤溼性(如可與氮化硼塗層相比)。已經發現，石墨攪拌器具有在功能 上等同於通常用於形成非枝狀半固態金屬合金漿的攪拌器的強度和熱 性質，並且還增加了對液態金屬合金基本上無潤溼性的優點。因此， 在多個單獨周期內重複使用石墨攪拌器而不用從攪拌器表面去除金屬 合金是可能的。然而，棒表面必須處於低於合金液相溫度的溫度以快 速地從熔融的合金將熱量移走。此外，任意積聚的金屬可輕易地被去 除，例如通過使石墨攪拌器的表面靠著套筒經過。本發明的方法包括形成金屬合金液體成分的第一步驟。所述的液 體合金成分位於容器12內，並在盡力攪拌要冷卻合金時使其冷卻，例 如通過在某種條件下的攪拌，以形成固體晶核顆粒，同時避免了將氣 體封閉在所攪拌的合金成分內。在合金冷卻的同時以某種方式盡力攪 拌所迷合金，所述的方式為使固體晶核基本上均勻地分布在整個金屬 液體合金成分內。可以在一個溫度範圍內使用快速冷卻的速度範圍進 行一段短時間的攪拌，所述的短時間如在約1秒與約1分鐘之間，優 選在約l秒與30秒之間，該溫度範圍相應於固體重量百分比在約1% 與約20%之間的合金的凝固百分比，優選固體重量百分比在約3%與
約7%之間。可使用涼的攪拌器以任何方式實現所述的攪拌，其避免 了在液體表面產生過多的空穴，從而避免了將氣體封閉在液體內。經 過熱交換流體(如水)可使所述的攪拌器冷卻。代表性的合適的攪拌 裝置包括一個或多個設有內冷卻裝置的圓柱杆、螺旋攪拌器或者類似 的裝置，這些裝置優選伸過液體的深度。所述攪拌器伸入液體的深度 基本上達到了 100%的液體深度，以有助於晶核均勻分布。然後，在 一次批量生產中停止攪拌，或在連續生產中將液固合金從攪拌源中移 走。之後，在容器內冷卻所形成的液固金屬合金成分，以使球形固體 顆粒在固體晶核顆粒周圍形成並達到一定濃度，其中，非枝狀球形和/ 或橢球形固體顆粒增加了整個液固成分的粘度，其中可將該液固成分 移動到成形步驟中，如澆鑄步驟。通常，非枝狀初生相固體的上部重 量百分比在約40%與約65%之間，並優選含有液固成分的總重量的 10%到50%。在不攪拌的情況下，球形和/或橢球形固體顆粒的形成可 通過粗化實現而不形成相互交聯的枝狀網狀物。由於所述的攪拌只是 在短時間內受到影響，所以避免了將氣體封閉在合金成分內。此外， 已經發現，通過這種方式操作，在整個所生產金屬合金產品的整個批 量中消除或最小化元件的宏觀偏析。之後，例如通過澆鑄使所述的液 固成分成形。包括非枝狀固體金屬合金顆粒和液相的金屬合金成分可由多種金 屬或合金構成，當其不用攪拌由液態凍結時其可形成枝狀網狀結構。 所述的非枝狀顆粒可由一種初生相構成，其具有一種平均成分，該平 均成分不同於周圍次生相(取決於溫度的液相或固相)的平均成分， 所述的次生相本身根據進一步地凝固可包括初生相和次生相。所述的非枝狀固體(退化的枝狀結晶)的特徵在於具有平滑的表 面和很少的分支結構，其比通常的枝狀結晶更接近球形結構並且不具 有枝狀結構，在枝狀結構中，初生相顆粒的相互連接受到影響以形成 枝狀網狀結構。此外，初生相固體基本上不是共晶體。這裡所用的術 語"次生相固體，，意思是由存在於金屬漿中的液體在比形成非枝狀固體 顆粒的溫度低的溫度下凝固形成的相態。通常，凝固的合金具有在凝 固的早期階段相互分離的枝狀晶體，所述的早期階段也就是固體的重量百分比達到15到20，並且在溫度降低和固體的重量百分比增加時 其形成相互連接的網狀。另一方面，通過保持相互分離的不連續非枝 狀顆粒，本發明含有初生相、非枝狀固體的成分防止了相互連接的網 狀結構的形成，所述的分離是固體部分甚至達到65% (重量百分比) 的情況下通過液相而得到的。在形成非枝狀固體之後，在由凝固作用形成了液相期間，所形成 的次生相固體含有一種或多種類型的相態，其可在凝固期間通過常規 的成形方法獲得。也就是說，次生相包括固體溶液，或者枝狀晶體、 化合物和/或固體溶液的混合物。非枝狀顆粒的大小取決於所用合金或金屬成分、固液混合物的溫 度、以及在固液溫度範圍內合金花費的時間。 一般情況下，初生相顆 粒的尺寸取決於金屬漿的成分和熱機歷史、所形成的晶核數量、冷卻 速度，並且其在約l微米到約10,000微米的範圍內並且在全部金屬合 金成分內尺寸均勻。優選地是，因為這些成分具有促進易於澆鑄或成 形的粘度，所述的成分包括10%到50%(重量百分比)的初生相固體。本發明的成分可由任意金屬合金系統形成，當由液態凍結形成時， 其形成枝狀結構。即使某一溫度下的純金屬和共晶體熔融，它們可用 於形成本發明的成分，這是因為通過控制向熔融物輸入或輸出淨熱量 可使它們在熔點存在液固平衡，以便金屬或共熔物在熔點含有足夠的 熱量用於僅熔化一部分金屬或共晶液體。這種情況的出現是因為完全 移走本發明的澆鑄過程所用的金屬漿內的熔化熱量不能通過使供應的 熱量與由周圍環境的冷卻裝置去除的熱量相等而獲得。典型的合適的 合金包括但並不局限於鉛合金、鎂合金、鋅合金、鋁合金、銅合金、 鐵合金、鈷合金。這些合金的示例為鉛錫合金、鋅鋁合金、鋅銅合金、 鎂鋁合金、鎂鋁鋅合金、鎂鋅合金、鎂矽合金、鋁銅鋅鎂合金、銅錫 青銅、黃銅、鋁青銅、鋼、鑄鐵、工具鋼、不鏽鋼、超耐熱不鏽鋼、 以及鈷鉻合金，或純金屬，如鐵、銅或鋁。圖2示出了本發明的一個可選擇的實施例，其包括裝置IO，該裝
置基本上類似於圖l所示的實施例，但是其包括一個冷卻容器20，在 保持容器12中攪拌完成並且固體含量達到了約1%到約20%之後，將 金屬漿18倒入到冷卻容器20中。冷卻容器20具有由高熱傳導率的材 料製成的壁22。容器壁22具有允許壁22與給定量的金屬漿18快速 達到溫度平衡的總熱容(壁的比熱容乘以壁的質量)，以在容器壁22 與金屬漿接觸前維持在相對較低的預設溫度時能使金屬漿快速冷卻， 從而獲得所需的固體含量。風扇或鼓風機24可用於產生從通過壁22 金屬漿和從壁22中將熱量移到周圍空氣中的高速度，因而使金屬漿 18快速冷卻。這就允許更高的生產速度。具有高熱傳導率的合適的材料可用於製造容器20的壁，所述材料 包括鋼、不鏽鋼和石墨。石墨非常適於低成本下的高產量，這是因為 與金屬相比其具有很高的熱傳導率，並且其表面對於各種所關心的金 屬合金(如鋁和鎂的合金)都顯示出低潤溼性。因此，從較低固體含 量(如從約1%到約20% )到較高固體含量(如從約10%到約65% ) 的合金漿的相對快速冷卻是可能的，而容器20的表面可重複使用而不 用進行隨後的清洗以將金屬沉積物清除掉和/或能較容易地將金屬沉 積物清除掉，所以以低成本進行高速生產是可能的。當容器20由相對 於金屬漿具有可潤溼表面的金屬或其它材料製成時，與合金漿接觸的 容器的內壁優選塗敷有低潤溼性的塗層，如氮化硼塗層。冷卻容器20可通過使熱傳輸流體穿過冷卻通道而進行冷卻，所述 的冷卻通道形成或設置在位於冷卻容器的壁內。同樣，冷卻容器可具 有合適的表面積、質量和熱容以在靜止狀態下使從較低的固體含量到 所需的較高的固體含量的金屬漿快速冷卻，而不會將金屬漿冷卻到適 於形成所需金屬部件之下的溫度。在不用攪拌的情況下(即靜止狀態下)金屬漿18冷卻到所需的較 高固體含量之後，金屬漿可形成所需的金屬部件，如通過澆鑄。石墨攪拌器的第一個示例一批熔融鋁合金保持在一個容器內。所述的鋁合金具有如下性質溫度(T,) =640。C熔化潛熱=400，000J/kg (其中J為焦耳，能量單位) 鋁的熱容(Cp ) -1，000J/ ( kg。C ) 鋁合金量(附)-4kg為了將部分凝固的鋁合金冷卻到61(TC並且固體百分率為0.10， 如下數量的熱量必須被移走固體含量(A/;) =0.10溫度(7>) =610°CA// = 4(/fcg) 0.10' 400，000(丄)+衡) (30° C) 1,000(^~) = 280,000J& 紐。C為了移走280,000焦耳的能量，所述棒必須具有足夠的質量和熱 容以吸收這一數量的能量。所述棒還必須具有足夠高的熱擴散係數a 以允許從表面將棒內熱量移走，保持表面溫度在合金的液體溫度之下。石墨圓柱狀攪拌器外徑(i 。) =0.025m圓柱高度(^) =0.25m圓柱體積={/ =成2// = 4.91乂10、3石墨密度-l，800kg/m3 石墨質量-0.88kg如果棒的初始溫度為100。C並被升高到500°C，那麼所述的棒可移 走下述數量的熱量 才奉的溫度-100。C 石墨容器的質量-0.88kg 石墨的熱容-800 J/ ( kg。C )A/f = w fCPc r = 0.88A:g 400° C 800-^ 280,000J所述棒具有足夠的質量和熱容以吸收鋁的熱量，從而將合金從其 液相溫度以上冷卻到液相溫度以下。 熱擴散係數 根據下述的傳熱公式，所述棒通過其表面從熔融的鋁合金中排熱=脇r傳熱係數(A) -1，500W (m2。C)，其中W為瓦特(J/s)。棒的表面積-0.0393m2平均溫度差=250°〇= MAT" = 1，500(~^~) 0.0393(m2) 250(°C) 15,000『m2°C所述棒必須移走280，000J的熱量，並且傳熱速度為15，000W，因 此，去掉熱量轉移所需的時間約為19秒。根據合金的熱物理性質、合 金的初始溫度以及棒和質量和熱物理性質，這一持續時間將會改變。熱擴散係數(oc)被限定為導熱係數(/0除以材料的密度(p) 與熱容(C>)乘積A:a =-對於具有較低導熱係數和高密度的材料來說，如陶瓷材料，其熱 擴散係數較低。所述材料不能將熱量從其表面轉移到其內部，因此， 表面溫度與合金相均衡，並且其不能進一步降低合金的溫度。除具有足夠大的質量以從合金吸收能量之外，所述棒的材料還必 須具有合適的熱擴散係數以將熱量從棒的表面轉移到其內部。如果傳熱流體用於隨著攪拌和排熱將熱量從棒中移走，具有高熱擴散係數的棒可具有比通常所需的更小的質量以在合金內吸收足夠的 能量從而開始凝固。石墨攪拌器的第二個示例 連續批量熔融鋁合金保存在一個容器內。所述的鋁合金具有如下過程第一批的溫度(7>) =640°C 第二批的溫度(r,) =657°C熔化潛熱(/r》=40o，oooj/kg (其中j為焦耳，能量單位)鋁的熱容(Cp) -1,000J/ (kg。C) 鋁合金量(附)-4kg
為了將部分凝固的鋁合金冷卻到610。C並且固體含量為0.10，如 下數量的熱量必須被移走 固體含量(=0.10 溫度(7>) =610°CA// = m . A/, + m fc屍dr第一批A// =衡).0.10 - 400，000(丄)+ 4(/tg). (30° C) 1,000(^~) = 280,000J第二批A// = 4(Ag) 0.10 400,000(丄)+ 4(itg) (47° C) 1,000(^~) = 348,000J紐。C這一示例中的棒可移走15000W。在第一批中，所述棒必須移走 280,000/,而在第二批中所述棒必須移走348,000/。從第一批和第二 批移走熱量所需的時間分別為19秒和23秒。在利用攪拌器進行冷卻和攪拌之前通過測量熔體的溫度，半固態 漿內溫度的變化可被消除。攪拌持續的時間可由運算方法確定，該運 算方法基於加入的金屬溫度、棒的溫度和時間延遲(損失到周圍的能 量)等。筒狀容器(冷卻杯)的示例 一批部分凝固的鋁合金保存在一個容器內。所述的鋁合金具有如 下性質溫度(r,) =6io。c固體含量(,)=0.10熔化潛熱(〃"=400，000J/kg (其中J為焦耳，能量單位) 鋁的熱容 sl，OOOJ/ ( kg。C ) 鋁合金量(w ) -4kg為了將部分凝固的鋁合金冷卻到590。C並且固體含量為0.30，如 下數量的熱量必須被移走固體含量差(A/;) =0.20 溫度(7>) =590°Cformula see original document page 15為了移走400,000焦耳的能量，所述容器設計為能夠吸收這一數 量的熱量。具有如下性質的薄壁石墨容器可移走這一熱量。 石墨圓柱狀容器 內徑(凡)=0.0508m 外徑(/ 。) =0.0568m 圓柱高度(i/) =0.2346m 壁厚")=0.006m圓柱體積=formula see original document page 15,H = 5.38 x 10匿4m3石墨密度-l，800kg/m3 石墨質量-0.97kg如果其初始溫度為卯。C並在590。C與鋁平衡，那麼所述的石墨可 移走下述數量的熱量 石墨的溫度=90°。 石墨容器的質量-0.97kg 石墨的熱容-800 J/ (kg。C ) A// = m fC^r = 0.97% 500° C 800-三400,000Jr〗所述的石墨容器需要同樣數量的熱量以達到590。C的溫度。因而， 石墨容器被設計為能夠快速地移走預定數量的熱量以便從約1%到約 10%(重量百分比)範圍內的第一數值到約10%到65%(重量百分比) 範圍內的第二數值，快速地增加固體含量。上述的內容僅僅被認為是優選實施例。對本領域的技術人員和制 造或使用本發明的人來說，可以對本發明進行多種改變。因此，可以 理解，上述的實施例僅僅做為示例性的目的，並不用於限制本發明的 範圍，根據專利法的原則包括等價的學說進行解釋時，本發明的範圍 由下面的權利要求書進行限定。
權利要求
1.一種由液態直接生產非枝狀半固態金屬合金漿進而形成金屬部件的裝置，其包括用於存放金屬合金成分的容器；以及石墨攪拌器，其用於在快速冷卻所述金屬成分以使其開始凝固並在金屬合金成分中形成非枝狀固體顆粒時產生對流。
2. 如權利要求l所述的裝置，其還包括一個單獨的冷卻容器。
3. —種由液態生產非枝狀半固態金屬合金漿進而形成金屬部件的 裝置，其包括用於存放金屬合金成分的容器；攪拌器，其用於在快速冷卻所述金屬成分以使其開始凝固並在金 屬合金成分中形成非枝狀固體顆粒時產生對流；以及 進一步冷卻所述漿並提高其固體含量的冷卻容器。
4. 如權利要求2或3所述的裝置，其特徵在於所述冷卻容器具 有從鋼和不鏽鋼中選擇出的一種材料製成的壁。
5. 如權利要求2或3所述的裝置，其特徵在於所述冷卻容器具 有由石墨製成的壁。
6. 如權利要求4所述的裝置，其特徵在於冷卻容器的內壁具有 非潤溼性或低潤溼性的塗層。
7. 如權利要求6所述的裝置，其特徵在於所述的塗層為氮化硼 塗層。
全文摘要
一種用於由非枝狀半固態金屬合金漿生產金屬部件的裝置，其涉及功能上等同於常規的金屬棒攪拌器的石墨攪拌器的應用，所述石墨攪拌器具有很低的表面潤溼性的附加優點，因而，與在將攪拌器從金屬漿中取出之後所形成的金屬合金表皮移除相關的勞動和花費被被消除了或大大減少了。本發明還提供一種由非枝狀半固態金屬漿生產金屬部件的改進的方法和裝置，其利用攪拌在第一容器中形成所述漿之後，通過將所述漿轉移到冷卻容器以在不攪拌的情況下進行隨後的冷卻和提高固體含量，從而獲得所述漿的快速冷卻和生產率的增加。
文檔編號B22D27/00GK101117698SQ200710148290
公開日2008年2月6日 申請日期2004年3月1日 優先權日2003年3月4日
發明者保羅·貝爾泰利, 勞爾·A·馬蒂內茲, 羅傑·W·布勞爾, 詹姆斯·A·於爾科, 默頓·C·弗萊明斯 申請人:布勒王子公司