Q-ZBDX 005-2025 半固态熔体制备及注射挤压铸造成型工艺规范

Q/ZBDX中北大学发布Q/ZBDX005-2025本文件按GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》给出的规则起草。本文件由中北大学提出并归口。本文件由中北大学提出并负责起草。本文件起草人：赵宇宏、陈利文、景舰辉、赵源、侯华。本文件首次发布日期：2025年03月21日。Q/ZBDX005-2025半固态熔体制备及注射挤压铸造成型工艺规范本文件规定了半固态熔体制备及注射挤压铸造成型工艺的术语和定义、技术要求和技术安全。本文件适用于中北大学半固态熔体制备及注射挤压铸造成型工艺的规范标准。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T228.1-2021金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法GB/T1177-2018铸造镁合金GB/T13748.1-2013镁及镁合金化学分析方法GB/T13820-2018镁合金铸件GB/T30067-2013金相学术语GB/T25747-2022镁合金压铸件QJ2906A-2011镁合金热处理GB/T9452-2023热处理炉有效加热区测定方法3术语和定义3.1熔体注射挤压铸造通过螺杆搅拌制备镁合金半固态浆料，在螺杆推动下进入挤压铸造料缸，在冲头推动作用下，金属液通过浇道充满模具型腔，然后依靠冲头进行施压凝固，从而获得镁合金铸件的一种工艺方法。3.2注射速度螺杆头推动半固态熔体从喷嘴进入模具料缸过程中的运动速度。3.3注射量注射螺杆完成一次注射动作时，注射装置所能达到的最大半固态镁合金熔体的质量。3.4搅拌速度Q/ZBDX005-20252合金颗粒在料筒内时螺杆旋转的速度。3.5顶缸保压时间挤压铸造过程中液态（或半固态）金属充满模具型腔后，顶出压射缸持续施加压力的时间。3.6保压压力熔体充型完毕后冲头持续对熔体施加的力3.7主油缸合模保压时间模具闭合后主油缸持续施加压力的时间。3.8主油缸合模压力主油缸保持模具闭合而施加到模具上的力。3.9压射速度压射过程中冲头的运动速度。4技术要求4.1半固态熔体制备及注射挤压铸造成型工艺总体流程图1所示，采用ZBYT500多功能液态/半固态成型装备，经过预热、加料、半固态搅拌制备、通入氩气保护、注射送料、挤压铸造等工艺，最终制得镁合金铸件。图1半固态熔体制备及注射挤压铸造成型工艺流程图4.2化学成分及原辅材料4.2.1镁合金的化学成分应符合GB/T1177-2018中ZM5的牌号规定。4.2.2根据目标合金的成分，选取对应合金颗粒，置入干燥箱进行烘干。4.3半固态熔体制备机构安全操作4.3.1半固态熔体制备机构用来制备半固态镁合金浆料，操作人员使用之前需要认真阅读使用说明书。Q/ZBDX005-20254.3.2操作人员要穿戴好必备的防护用具，严格按照操作规程进行操作。4.3.3首先检查电路是否安装正确，没有发现漏电现象才可以开启。4.3.4开启加热器：首先开启电源开关，设定温度以及加热功率，按下运行按钮开始加热。4.3.5关闭加热器：将功率设定为零，按下停止按钮，待加热器冷却至室温时关闭电源。4.3.6由于加热器内的加热管硬且脆，在搬运与运输过程中应轻拿轻放，防止加热器碰撞硅碳棒导致破裂。4.3.7严禁私自调节加热器功率，设备运行过程中做好参数记录，定时观察热电偶反馈的温度情况，特殊情况先关机，运行过程中严禁打开控制柜，严禁用手触摸加热器。4.4镁合金半固态熔体制备4.4.1料管、模具以及操作工具等使用前去除残余金属或氧化皮等杂质。用无水乙醇对料管内壁、模具型腔内壁进行清理。4.4.2将用于制备半固态熔体的料管分为3个区域，通过红外加热器将其进行分段加热，加热温度分别从进料口端至喷嘴端分别达到580、600、620℃。4.4.3启动喷嘴加热器，将喷嘴处的温度加热到500℃4.4.4称量出15kg镁合金颗粒在干燥箱中200℃下进行预热烘干。4.4.5开启螺杆搅拌并将镁合金颗粒分批次加入进料漏斗中。螺杆转速通过伺服电机精确控制，保证螺杆计量准确。4.4.6首批颗粒加入料管时，应匀速添加直至颗粒与进料口平齐，进料速度与螺杆搅拌送料速度相当。4.4.7随着螺杆搅拌颗粒向前运动使得颗粒平面降至进料口以下，继续添加颗粒至与进料口平齐4.4.8在搅拌制备过程中，开启氩气瓶向进料漏斗口通入氩气，调节流量计至气流速率为240cm3/s，调节气流阀至气量稳定。4.5半固态熔体注射转移4.5.1半固态熔体的注射转移是通过所连接的注射油缸的伺服控制来实现。4.5.2打开油缸伺服控制柜，设定注射速度与压力，当螺杆头部的半固态熔体量达到预定量时，启动注射油缸，螺杆向前运动将浆料推动经由喷嘴射入料缸完成熔体转移。4.5.3将半固态熔体从制浆设备转移至挤压铸造设备料缸，完成熔体转移。4.6多功能液态/半固态成型装备安全操作4.6.1ZBYT500多功能液态/半固态成型装备由机身、主缸、顶出缸、打料缸、料缸、动力系统、充液系统、压射系统、循环冷却过滤及加热装置、料缸加热保温装置、行程限位装置、电器控制系统以及操作装置等组成，操作人员使用前请仔细阅读使用说明书。4.6.2操作人员要穿戴好必备的防护用具，严格按照操作规程进行操作，设备操作人员必须了解多功能液态/半固态成型装备的结构与功能，熟悉操作及相关安全知识。4.6.3开机之前务必要对设备及周边设施进行检点，模具安装牢固，液压油位充足，设备周围整洁，安全防护装置性能可靠，设备操作按钮位置设置正确。Q/ZBDX005-202544.6.4在设备运行过程中，严禁任何人在合模区域进行任何操作，如果需要进入合模区域进行操作，务必保证设备关闭，运行设备时，严禁两人同时操作设备。4.6.5发现设备有严重漏油或发生不正常现象，如动作不可靠，噪音大或震动等，应该立即停机，并排除故障，不得使设备带病运行。4.6.6不允许超载使用，各油缸严禁超程使用。4.5.7在挤压铸造实验过程中，操作人员要站在安全区域，防止金属液飞溅，操作设备时要注意检查合模区域是否有杂物，以免压伤模具，及时清理模具表面。4.6.8操作人员使用完毕后必须填写《ZBYT500多功能液态/半固态成型装备使用记录》。4.7镁合金熔体注射挤压铸造工艺4.7.1半固态镁合金熔体的温度控制在610℃±5℃。4.7.2转移过程中需严格控制镁合金熔体温度，保证料筒前端内熔体的温度在预设温度的±5℃范围内。4.7.3半固态熔体在注射转移前要对模具进行充分预热，防止熔体在进入挤压铸造料缸后温度失控。4.7.4设定好包覆在模具的加热板以及料缸加热套的预设温度，启动加热器并通过热电偶测定模具型腔与料缸内壁的温度直至达到预设温度。4.7.5注射镁合金熔体前，持续向模具浇道中通入氩气，保持浇道中处于氩气氛围。4.7.6启动多功能液态/半固态成型装备，测试滑块和顶缸运行是否正常，开模并喷涂水基石墨和脱模剂，准备镁合金熔体注射转移。4.7.7熔体到预定温度与注射量后，打开注射油缸伺服控制器，合模并开始注射转移，高速注射半固态熔体有利于控制半固态熔体温度，保证充型过程顺利进行。4.7.8操作多功能液态/半固态成型装备压射油缸，依靠冲头将合金熔体推入模具型腔中，金属液充填过程平稳快速，达到制件外部形状，然后靠冲头进行加压，使已凝固金属产生塑性变形，未凝固金属承受静压力，并在保持高压凝固成型，保压一定时间后开模取件。4.7.9清理工作台，重新喷涂石墨润滑剂和脱模剂，准备下一件的挤压铸造成型工艺。4.8铸件4.8.1室温力学性能的检验根据GB/T228.1-2021的规定执行，铸件的相关技术要求根据GB/T25747-2022的规定执行。4.8.1铸件力学性能应满足GB/T13820-2018的相关规定，达到Ⅰ类铸件性能要求。4.8.2镁合金微观组织观察操作应按照GB/T13748.1-2013的规定执行，铸件金相组织描述应符合GB/T30067-2013的相关规定，观察不能出现过烧组织。4.9热处理设备安全操作4.9.1处理炉为电加热式循环空气箱式炉，操作人员使用之前请认真阅读使用说明书。4.9.2操作人员要穿戴好必备的防护用具，严格按照操作规程进行操作。5Q/ZBDX005-20254.9.3使用前首先要检查电器部分是否正常，炉壳接地是否良好，电热元件是否短路或有断路现象，检查炉门开启/关闭是否可靠，安全保护装置是否良好，检查热电偶及控制仪表是否正常，整理好炉前工作场地，打开炉门检查炉内是否有工件，待一切正常，才可以开炉。4.9.4该热处理炉的最高使用温度为850℃,使用过程中炉温不得超过设备规定的最高工作温度，装炉量不得超过设备规定的最大装载量。4.9.5放置试样时，注意防止试样掉入插板孔内，设置加热温度时严禁将温度设置到试样熔点以上，同时也要考虑在所设置的温度下试样是否会熔化，当炉内温度高于400℃时，不可以打开炉门。4.9.6工件装炉后，操作者应经常检查仪表工作情况，一般20-30分钟检查一次，如果运行当中出现意外状况，立即关闭设备，等待热处理炉自然冷却到室温。4.9.7箱式炉炉腔应保持清洁，定期打扫，尤其在炉底板下落入的氧化皮，铁屑等必须彻底清除，以免使电热元件烧断。4.9.8实验完毕时，炉温冷却至80℃以下才可以关闭电源开关。4.9.9操作人员使用完毕后必须填写《热处理炉使用记录》。4.10热处理4.10.1熔体注射挤压铸造镁合金铸件的热处理状态代号根据QJ2906A-2011的规定执行。4.10.2热处理前对热处理炉、温控设备等设备状况进行检查，确保完好。具体要求根据GB/T9452-2023的相关规定。4.10.3固溶处理时，设定热处理炉温度为410±5℃,铸件在室温下装炉，设定升温速率为100±5℃/h，当热处理炉炉温达到固溶温度时，保温20±0.5h，然后进行60℃的水淬处理。4.10.4时效处理时，设定热处理炉温度为200±5℃,设定升温速率为100±5℃/h，当热处理炉炉温达到时效温度时，进行保温8±0.5h后取出，冷却至室温，获得热处理后的