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半固态医用铅板坯料的二次加热方法

2020-09-19

半固态铅触变成形时,其坯料首先需要二次加热到固液两相区的适宜温度,使其组织部分重熔以恢复到固液混合状态,并获得所需的晶粒尺寸和形状,确保具有一定的固液相比例,从而保证其具有良好的触变成形性。因而在合金的半固态医用铅触变成形工艺中,二次加热起着承上启下的作用。通过坯料的二次加热,一方面可以获得不同成形工艺所需要的固相体积分数,另一方面坯料的蔷薇状组织在界面能的作用下,转化为近球状结构,为触变成形创造了有利条件。

对半固态医用铅板坯料进行二次加热,应尽可能使加热重熔的组织中初生固相颗粒球化,以增加半固态坯料的流动性。利用半固态浆料制备技术制备的半固态坯料的内部组织,通常获得的是诸如等轴晶、玫瑰晶、退化枝晶等非枝晶,通过二次加热才能获得比较完整的球形晶粒。因此,对半固态坯料二次加热过程的组织演变规律的研究是一个重要的基础理论问题,这对于半固态铅坯料制备技术的选择、二次加工工艺的制定以及理解半固态铅组织的形成都具有重要的指导作用。

从二次加热工艺要求来看,坯料二次加热要求加热温度控制准确,即固液相比例控制准确,既要保证坯料有一定的强度,以便于搬运,又要保证具有足够的流动性;温度分布均匀、加热速度快,以防止坯料氧化以及铅流淌等.相应的技术包括加热设备的选择、固(液)相率的在线检测技术以及加热工艺的制定(加热温度、加热速度和保温时间)等。

半固态铅坯料二次加热,随着保温时间的延长,初生固相会逐渐球化,其驱动力是固液相界面能的降低。伴随晶粒的球化过程,晶粒往往还会长大粗化,目前的研究都表明,晶粒长大粗化过程符合OstwaldE规律。显然粗大的晶粒对产品的力学性能是不利的,因而在重熔加热过程不仅要保证晶粒尽可能球化,还要尽可能避免晶粒的粗化。

从半固态二次加热工艺上看,为了满足半固态铅触变成形的需要,半固态铅坯料的二次加热应满足:根据不同的成形合金制定相应的二次加热工艺,使半固态二次加热后的铅坯料便于搬运,同时又具有较理想的触变成形性能,以便获得轮廓清晰的成形件;对铅坯料的二次加热温度要准确控制,坯料内部的温度梯度应尽可能小,通常要求二次加热时半固态坯料的内部温差控制在士1-3℃,以获得固相分数准确和固相分布均匀的重熔半固态坯料:尽可能加快二次加热速度,防止二次加热过程中坯料表面的过分氧化和初生晶粒的过度粗化。

铅板坯料二次加热的方法有多种,如电磁感应二次加热、电阻炉二次加热、盐浴炉二次加热、直流电流短路二次加热等。目前,真正投入工业应用的二次加热方法只有电磁感应半固态二次加热,但在实验室的研究中,主要以电阻炉二次加热方法为主。

电磁感应半固态二次加热是目前半固态合金触变成形中最主要的加热方式,其优点是:重熔加热速度快,坯料的表面氧化少,容易与高效率的成形设备的生产节奏相匹配:感应加热工艺易于实现机械化和自动化控制,生产环境优良。但电磁感应半固态二次加热的缺点是:由于感应电流所产生的集肤效应,使坯料加热时其内部形成的温度场呈不均匀分布,在坯料内部产生较大的温度梯度,热量主要集中于坯料的外部,容易造成半固态坯料固相分数的不均匀:受感应加热器的限制,不适合加热形状复杂和多品种小批量的坯料;加热过程中坯料的温度或固相分数难以直接测量。

采用电阻炉重熔加热半固态坯料,利用电阻炉的辐射,对流和传导来加热坯料,适用于合金小试样的半固态二次加热组织演变规律的研究,利用电阻炉加热可以节约大量的铅,又能准确的测温,并进行长时间的保温,便于改变实验条件和取得不同的实验结果。因此,对于二次加热组织演变研究,电阻炉是很好的二次加热方法。

半固态二次加热组织状态对后续成形工艺及制品质量有重要影响,因此对半固态防护铅板坯料进行二次加热,通过严格控制二次加热工艺,研究二次加热过程中加热温度和保温时间对坯料组织演变规律的影响,为获得最适合于半固态触变成形的组织提供理论依据是十分必要的。

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