过共晶铝硅合金半固态触变成形过程中二次加热工艺 【技术领域】
本发明属于金属半固态加工技术领域，特别涉及到过共晶铝硅合金半固态触变成形过程中的二次加热工艺。
背景技术
金属半固态加工技术是介于传统的固态加工技术(如轧制、挤压、锻造等)和液态成形技术(如铸造等)之间的一种新型加工成形方法。其核心的技术特征包括：1)成形温度介于固液相线温度之间；2)晶粒形态不同于一般凝固组织中的树枝状晶粒形态，而是表现为非树枝状的、近球形的晶粒形态。由于具有以上特征，半固态加工技术具有铸造缺陷少、气孔率低、易于加工成形、模具寿命高等优点。这些优点使得半固态加工技术与压铸、挤压铸造、重力铸造等传统加工成形方法相比在成本、性能方面均具有相当的竞争优势。另外，半固态加工技术在以铸代锻、变形合金的直接近净成形、改善难铸造合金的铸造性能等方面也具有广泛的应用前景。
触变加工技术是最早获得工业应用的半固态加工技术，该方法可分为半固态坯料制备、二次加热、触变加工三个工艺阶段。半固态触变成形工艺对坯料的二次加热工艺的加热温度及其分布要求相当苛刻，即要求升温速度快，温度控制精确，分布均匀，且过程易于自动控制，另外还要求氧化少。因此，设计出合理的二次加热方法和工艺是目前在半固态加工领域的广大科技人员关心和研究的重大课题。
目前，在半固态触变加工领域的二次加热环节主要通过立式电磁感应二次加热装置实施。该方法的主要特点是感应线圈的放置方式采用了立式布置，也即将半固态坯料呈垂直方式置于感应线圈中进行加热。如果对于高径比小的半固态坯料而言，采用立式加热装置也可将坯料加热到半固态进行成形，也不会发生坍塌和“象足”等缺陷。但是对于高径比大的半固态坯料，如果采用立式装置，在加热后期坯料的形状会发生变化，形成“象足”，坯料在运送转移过程中会发生坍塌、流汤，影响坯料的加热效果和坯料的运送、操作和成形，因此坯料的液相分数不能很高，难以成形复杂零件，尤其对于高径比很大的半固态坯料更为如此。如果采用卧式放置，由于坯料与支撑部位接触面积大，因此不会发生坍塌流汤，坯料的运送也简单方便的多，而且允许坯料有更高的液相分数，便于触变成形更复杂的零件。此外，对于半固态二次加热立式装置而言，采用的机械传动方式也很复杂，往往包括传动机构的升降、旋转等复杂机构，造成装置庞大复杂，投资成本也较高。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种过共晶铝硅合金半固态触变成形过程中二次加热工艺，该工艺可使被加热过共晶铝硅合金坯料的内外温差小、温度场均匀且能够满足合金坯料加热效率高、控温准确、易于自动控制、适用于大规模工业生产的过共晶铝硅合金半固态触变成形技术中的二次加热工艺。
为达到上述发明的目的，本发明采用以下技术方案：
一种过共晶铝硅合金半固态触变成形技术中的二次加热工艺，通过半固态触变成形技术中的二次加热装置实施，其特点是：首先根据需要二次加热的过共晶铝硅合金坯料的大小选择好适配的加热线圈，其次将需要二次加热的坯料放在加料工位，通过气动装置推入加热工位，然后按以下工艺步骤进行加热：
a、快速加热阶段：将坯料置于第一快速加热工位进行加热，控制加热线圈的电流频率、电压和电流大小，加热10-100秒钟后，通过气动装置推入下一加热工位，合金坯料在快速加热阶段进行1-5次快速加热；
b、慢速加热阶段：将经过快速加热的合金坯料通过气动装置推入慢速加热工位进行加热，控制加热线圈的电流频率、电压和电流大小，加热10-100秒钟后，通过气动装置推入下一加热工位，合金坯料在慢速加热阶段进行1-5次慢速加热；
c、慢速加热阶段完成后使坯料最终加热到所需的半固态温度范围，取出已加热到所需的半固态温度范围的坯料，完成坯料的二次加热。
上述的过共晶铝硅合金半固态触变成形技术中的二次加热工艺，其中所述的加热线圈与坯料的适配范围为：坯料的直径等于线圈内径的0.4-0.85倍，坯料的长度等于每个加热工位长度的0.4-0.95倍。
上述的过共晶铝硅合金半固态触变成形技术中的二次加热工艺，其中：所述地电流频率控制在600-1000HZ，在同一坯料的各加热步骤中采用相同的电流频率。
上述的过共晶铝硅合金半固态触变成形技术中的二次加热工艺，其中：所述的电压控制在220-480V，在同一坯料的各加热步骤中采用相同的电压。
上述的过共晶铝硅合金半固态触变成形技术中的二次加热工艺，其中：所述的电流大小控制在100-200A，在同一坯料的各加热步骤中采用相同的电流大小。
上述的过共晶铝硅合金半固态触变成形技术中的二次加热工艺，其中：经过二次加热的过共晶铝硅合金坯料的温度控制在510-600℃，且合金坯料温度均匀，不同部位温差不大于5℃。
本发明由于采用了以上技术方案，使其与现有技术相比，具有以下明显的优点和积极效果：
1、由于采用了电磁感应加热的方式，加热效率高，可以有效避免坯料晶粒相大和表面氧化严重的问题，能够满足升温速度快、氧化少、坯料质量易于控制的要求。
2、与半固态加热立式装置相比，本发明适合大高径比的半固态坯料的加热，允许坯料有更高的液相分数，可避免加热后期坯料形成“象足”和运送转移过程中会发生坍塌、流汤，有利于坯料的运送、操作和成形，便于触变成形更复杂的零件。
3、由于电流频率选择了中频600-1000HZ，能使坯料的最大温差控制在5℃以内，同时兼顾到了加热速度和坯料温度的均匀性。
4、通过对合金坯料二次加热电流和电压以及加热时间等工艺参数的调整可以实现过共晶铝硅合金半固态触变成形坯料温度的精确控制。
5、由于采用单线圈、多工位、连续感应卧式加热，不需要复杂的机械传动机构，设备结构简单紧凑，具有操作安全、运行稳定等优点，因此适用于大规模工业生产。
【附图说明】
图1a：卧式二次加热装置的主视图；图1b：卧式二次加热装置的俯视图
图1中，1-推进机构；2-置料工位；3、4、5、6、7、8-感应加热器；9-运送机构；10-出料工位；11-滑动机构；12-操作台。
【具体实施方式】
本发明过共晶铝硅合金半固态触变成形技术中的二次加热工艺，通过半固态触变成形技术中的二次加热装置实施，为单线圈、多工位、连续感应卧式加热工艺，分快速加热和慢速加热两个阶段进行加热，快速加热阶段和慢速加热阶段分别有1-5个加热工位组成。
该二次加热装置如图1所示。该装置主要由感应加热机构和坯料运载机构两部分组成。感应加热机构由加热线圈3、4、5、6、7、8组成，感应加热线圈呈卧式放置，加热线圈采用铜管绕制而成，内通冷却水。图中2为加料工位，9为出料工位，3、4、5为快速加热工位，6、7、8为慢速加热工位。其中快速加热工位和慢速加热工位对应的加热线圈密度(匝数)不同。
坯料运载机构由推进机构1、运送机构9和滑动机构11等组成，推进机构1为一气缸，通过气动方式驱动，运送机构9为滑动托盘小车，托盘小车采用石棉耐火材料制作，滑动机构11为两根细长导轨，托盘小车可在导轨上左右滑动。置料工位2设置于感应加热线圈3的前面、推进机构气缸1的后面，出料工位10置于感应加热线圈8的后面。
本发明半固态成形技术中的二次加热工艺，首先根据需要二次加热的合金坯料的大小选择好适配的加热线圈，控制坯料的直径等于线圈内径的0.4-0.85倍，坯料的长度等于加热工位长度的0.4-0.95倍；其次将需要二次加热的坯料放在加料工位上，然后按以下工艺步骤进行加热：
a、快速加热阶段：将坯料置于快速加热工位进行加热，控制加热线圈的电流频率、电压和电流大小，加热10-100秒钟后，通过气动装置推入下一加热工位，合金坯料在快速加热阶段进行1-5次快速加热；
b、慢速加热阶段：将经过快速加热的合金坯料通过气动装置推入慢速加热工位进行加热，控制加热线圈的电流频率、电压和电流大小，加热10-100秒钟后，通过气动装置推入下一加热工位，合金坯料在慢速加热阶段进行1-5次慢速加热；
c、慢速加热阶段完成后使坯料最终加热到所需的半固态温度范围，取出已加热到所需的半固态温度范围的坯料，完成坯料的二次加热。
在同一坯料的各加热步骤中采用相同的电流频率。
在同一坯料的各加热步骤中采用相同的电压。
在同一坯料的各加热步骤中采用相同的电流大小。
下面结合实施例进一步说明本发明的工艺步骤。
实施例1
过共晶铝硅合金坯料尺寸为Φ84×100mm，选择内径为100mm，单工位长度为110mm的加热线圈，此时坯料与加热线圈的直径比为0.84，长度比为0.9。
将过共晶铝硅合金坯料置于加料工位的推盘小车上，通过气动装置推入第一快速加热工位，控制电流频率为650HZ，电压为220V，此时对应电流为112A，每工位定时加热60秒钟；然后通过气动装置将坯料推入下一加热工位，步骤与第一次相同。一共快速加热3次，慢速加热5次。在快速加热和慢速加热阶段控制电流频率、加热电压、电流和加热时间不变。
慢速加热阶段完成后使过共晶铝硅合金坯料最终加热到所需的半固态温度范围，温度达到520±3℃。
气动机构将加热坯料推入出料工位，取出坯料，送入压铸机进行半固态触变成形。
实施例2
过共晶铝硅合金坯料尺寸为Φ60×60mm，选择内径为150mm，单工位长度为150mm的加热线圈，此时坯料与加热线圈的直径比为0.4，长度比为0.4。
将过共晶铝硅合金坯料置于加料工位的推盘小车上，通过气动装置推入第一快速加热工位，控制电流频率为950HZ，电压为480V，此时对应电流为193A，每工位定时加热95秒钟；然后通过气动装置将坯料推入下一加热工位，步骤与第一次相同。一共快速加热1次，慢速加热1次。在快速加热和慢速加热阶段控制电流频率、加热电压、电流和加热时间不变。
慢速加热阶段完成后使过共晶铝硅合金坯料最终加热到所需的半固态温度范围，温度达到590±5℃。
气动机构将加热坯料推入出料工位，取出坯料，送入压铸机进行半固态触变成形。
实施例3
过共晶铝硅合金坯料尺寸为Φ60×60mm，选择内径为100mm，单工位长度为100mm的加热线圈，此时坯料与加热线圈的直径比为0.6，长度比为0.6。
将过共晶铝硅合金坯料置于加料工位的推盘小车上，通过气动装置推入第一快速加热工位，控制电流频率为800HZ，电压为350V，此时对应电流为147A，每工位定时加热15秒钟；然后通过气动装置将坯料推入下一加热工位，步骤与第一次相同。一共快速加热5次，慢速加热3次。在快速加热和慢速加热阶段控制电流频率、加热电压、电流和加热时间不变。
慢速加热阶段完成后使过共晶铝硅合金坯料最终加热到所需的半固态温度范围，温度达到545±1℃。
气动机构将加热坯料推入出料工位，取出坯料，送入压铸机进行半固态触变成形。
本发明的二次加热工艺，可以获得过共晶铝硅合金半固态触变成形坯料的内外温差小、温度场均匀的效果，对半固态触变成形很有利。能满足升温速度快、控温准确、温度分布均匀、易于自动控制、氧化少的要求。特别适用于过共晶铝硅合金坯料的半固态触变成形。