連續(xù)鑄造制備高取向均勻細(xì)晶組織的方法及制備裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種連續(xù)鑄造制備高取向均勻細(xì)晶組織的方法和制備裝置，對(duì)結(jié)晶器內(nèi)金屬熔體施加梯度磁場(chǎng)，在梯度磁場(chǎng)處的結(jié)晶器內(nèi)插入石墨電極，并通入可以調(diào)節(jié)電流大小和頻率的交流電，在梯度磁場(chǎng)下復(fù)合交變電場(chǎng)，對(duì)結(jié)晶器內(nèi)金屬熔體的外場(chǎng)復(fù)合作用，實(shí)現(xiàn)電磁振蕩，增加形核數(shù)量，晶核在金屬熔體中向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中受到磁取向作用，最終形成高取向的細(xì)晶組織的金屬材料。本發(fā)明制備裝置包括中間包、水口、結(jié)晶器、牽引軋輥、外加磁場(chǎng)施加裝置和外加電場(chǎng)施加裝置。本發(fā)明利用磁場(chǎng)下交流電的振蕩效應(yīng)以及梯度磁場(chǎng)下物質(zhì)的磁化力效應(yīng)，獲得均勻細(xì)晶組織，使晶粒進(jìn)一步發(fā)生取向，形成細(xì)小均勻且具有取向的金屬凝固組織，提高金屬材料的性能和質(zhì)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】連續(xù)鑄造制備高取向均勻細(xì)晶組織的方法及制備裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬材料制備工藝和設(shè)備，特別是涉及一種實(shí)現(xiàn)凝固組織細(xì)化的方法及專(zhuān)用制備裝置，應(yīng)用于金屬材料連續(xù)制造鑄造工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]提高金屬材料力學(xué)性能的方法很多，譬如:加工硬化、固溶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化等等。細(xì)晶強(qiáng)化旨在控制金屬材料晶粒大小，從而達(dá)到提高材料性能的目的。金屬材料的強(qiáng)度、硬度、塑形和韌性都隨著晶粒細(xì)化而提高，因此，控制材料的晶粒大小對(duì)于提高材料性能具有重要的意義。一般情況下，細(xì)化金屬鑄件的晶?？刹扇∫韵聨追N途徑:
增加過(guò)冷度:由約翰遜-梅爾方程可導(dǎo)出，在t時(shí)間內(nèi)形成的晶核數(shù)P(t)與形核率N及長(zhǎng)大速率Vg之間的關(guān)系:
【權(quán)利要求】
1.一種連續(xù)鑄造制備高取向均勻細(xì)晶組織的方法，其特征在于: a.對(duì)結(jié)晶器內(nèi)金屬熔體施加梯度磁場(chǎng):利用強(qiáng)磁體裝置產(chǎn)生穩(wěn)恒的梯度磁場(chǎng)，通過(guò)調(diào)節(jié)強(qiáng)磁體裝置相對(duì)于結(jié)晶器的位置來(lái)獲得不同磁場(chǎng)梯度，所施加磁場(chǎng)強(qiáng)度B的大小控制在0-14Τ范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，根據(jù)不同的熔體形成的晶核種類(lèi)不同，對(duì)應(yīng)采用所需要的梯度磁場(chǎng)，并將梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度因子的大小控制在O~150 T2/m范圍內(nèi)，其中梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)鑄造制備高取向均勻細(xì)晶組織的方法，其特征在于:金屬熔體為純鋁液或鋁合金熔體，在結(jié)晶器內(nèi)插入電極處的鋁合金熔溫度為65(T70(TC，所施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度B的大小控制在0.5飛T范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，形成均勻細(xì)晶組織所需要的梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度因子的范圍控制在0.95~150 T2/m范圍內(nèi)，采用的交流電強(qiáng)度I的范圍為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)鑄造制備高取向均勻細(xì)晶組織的方法，其特征在于:形成均勻細(xì)晶組織所需要的梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度因子.漢&的范圍控制在8.5~16.2 T2/m范圍內(nèi)。



4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的連續(xù)鑄造制備高取向均勻細(xì)晶組織的方法，其特征在于:在設(shè)定過(guò)冷度條件下，使形核率N增加，使金屬凝固組織的晶粒細(xì)化。
5.一種實(shí)施權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的連續(xù)鑄造制備高取向均勻細(xì)晶組織的方法的制備裝置，主要包括中間包(I)、水口(4)、結(jié)晶器(5)、牽引軋輥(8)、外加磁場(chǎng)施加裝置和外加電場(chǎng)施加裝置，所述中間包(I)內(nèi)的金屬熔體通過(guò)所述水口(4)澆注進(jìn)入所述結(jié)晶器(5)內(nèi)腔中，所述牽引軋輥(8)將凝固的鑄坯(7)從所述結(jié)晶器(5)的前端拉出，其特征在于:所述外加磁場(chǎng)施加裝置采用設(shè)置于所述結(jié)晶器(5)外部的穩(wěn)恒磁體(6)，利用所述穩(wěn)恒磁體(6)產(chǎn)生穩(wěn)恒的梯度磁場(chǎng),通過(guò)調(diào)節(jié)穩(wěn)恒磁體(6)相對(duì)于所述結(jié)晶器(5)內(nèi)的金屬熔體的位置獲得對(duì)應(yīng)的所需磁場(chǎng)梯度，并在所述穩(wěn)恒磁體(6)和所述結(jié)晶器(5)外側(cè)之間設(shè)置水冷套，所述外加電場(chǎng)施加裝置采用石墨電極(3)，將所述石墨電極(3)插入梯度磁場(chǎng)處的所述結(jié)晶器(5)內(nèi)的金屬熔體內(nèi)，置于所述結(jié)晶器(5)外部的交流電源(2)與所述石墨電極(3)電連接，并向所述結(jié)晶器(5)內(nèi)的金屬熔體內(nèi)通入可以調(diào)節(jié)電流大小和頻率的交流電流，通過(guò)穩(wěn)恒的梯度磁場(chǎng)和交變的電場(chǎng)，使所述結(jié)晶器(5)內(nèi)的金屬熔體形成高取向均勻細(xì)晶鑄還組織。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備裝置，其特征在于:在所述結(jié)晶器(5)外部還設(shè)有過(guò)冷裝置，通過(guò)控制所述過(guò)冷裝置使所述結(jié)晶器(5)內(nèi)的金屬熔體處于設(shè)定的過(guò)冷度條件下。
【文檔編號(hào)】B22D11/11GK103464706SQ201310443606
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】李喜, 杜大帆, 侯龍, 李曉龍, 王科峰, 李秋燕 申請(qǐng)人:上海大學(xué)