[发明专利]一种无卷气铁-石墨熔体的高效搅拌方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于冶金、铸造等材料加工研究领域，特别涉及一种无卷气铁-石墨熔体的高效搅拌方法及装置。

背景技术

在冶金、铸造等材料加工研究领域中，常常需要对各种熔体进行搅拌，比如金属半固态浆料、添加颗粒熔体的搅拌等等，目的是使熔体的温度、成分、组织等均匀化。搅拌效率通常取决于搅拌强度，搅拌强度越大，形成的剪切和紊流越强，熔体实现温度、成分、组织等均匀化的搅拌时间就越短，搅拌效率越高。然而，强烈的搅拌会导致熔体的卷气问题，极易造成高温熔体氧化、形成夹杂组织等，即便采用保护性气氛，卷气也会使熔体中散布气孔，导致材料性能恶化，可见，卷气问题束缚了熔体的搅拌强度，降低了搅拌效率。铁-石墨复合材料含有15wt％左右的铜和3wt％左右的石墨颗粒，兼有铁基体的延展能力强、导热性能好和石墨颗粒的润滑性能好尤其是高温润滑性能好、耐电弧烧蚀能力强等优点，是制备高温摩擦零件、电接触零件、机械零件的理想材料。由于石墨的熔点3652℃高于铁的熔点1538℃，因此石墨在铁液体中是以固态颗粒的形式存在的，另外，由于铁的密度7.0～7.9g/cm³大于石墨的密度1.9～2.2g/cm³，所以石墨颗粒在铁-石墨熔体中容易发生上浮，因此，要想高效率地制备石墨颗粒均匀分布的铁-石墨熔体进而得到高性能的铁-石墨复合材料，就必须加大对熔体的搅拌强度，这样卷气问题就更加突出了。授权公告号CN105436436B、授权公告号CN 103307900B等发明专利通过“收窄搅拌腔内的熔体液面”、“设置熔体扰动隔离器”等方法来阻隔搅动向熔体液面传递、避免熔体卷气。本发明从熔体与气体完全隔绝的角度出发，进行熔体搅拌方面的创造发明，摆脱了卷气对搅拌强度和搅拌效率的束缚，可高效率地制备无卷气的石墨颗粒均匀分布的铁-石墨熔体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，铁-石墨熔体搅拌中存在的卷气和搅拌效率低问题，提供一种无卷气铁-石墨熔体的高效搅拌方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

采用内壁布有直叶片的变体积石墨坩埚与高速电磁搅拌相结合方式对铁-石墨熔体进行搅拌；利用变体积石墨坩埚，通过减小石墨坩埚的体积，排空石墨坩埚中熔体上部的全部气体，并且在熔体与外界气体完全隔绝的条件下，即没有气体源的条件下，进行熔体的搅拌，进而从根源上避免熔体卷气；利用高速电磁搅拌，在无卷气束缚的情况下，使铁-石墨熔体产生周向高速搅拌运动，利用石墨坩埚内壁上的直叶片，不断地将内部的铁-石墨熔体移到周围、将上部的铁-石墨熔体移到下部，进而阻止石墨颗粒的上浮和中央偏聚运动，从而高效率地得到无卷气的石墨颗粒均匀分布的铁-石墨熔体。

本发明的有益效果是：利用本发明，对铁-石墨熔体进行搅拌，可以直接制备出无卷气、石墨颗粒分布均匀的铁-石墨熔体，搅拌时间可缩短到2分钟，搅拌效率比CN102114394A专利公开的8分钟提高了300％，解决了铁-石墨熔体搅拌中存在的卷气和搅拌效率低技术问题。

附图说明

图1为本发明方法搅拌铁-石墨熔体装置的主视图。

图中，石墨坩埚2，直叶片3，加热管4，冷却管5，铁-石墨熔体6，堵塞7，外罩8，底架9，体积调整头10，热电偶11，圆锥形放气口12，封塞13，紧固螺钉14，弹簧15，轴瓦16，止推轴承17，电机18，传动机构19，导向板20，连接滑板21，缓冲弹簧22，连接螺杆23，导向槽24，齿条25，电机26，传动机构27，支架28。

图2为本发明方法搅拌铁-石墨熔体装置的A-A视图。

图中，电磁极对1。

图3为本发明方法搅拌铁-石墨熔体装置的B-B视图。

图4为本发明方法搅拌铁-石墨熔体装置的C-C视图。

图5为本发明方法搅拌铁-石墨熔体装置的D-D局部视图。

图6为本发明方法搅拌铁-石墨熔体装置的E-E局部视图。

图7为本发明方法搅拌的铁-石墨熔体的水淬微观组织。

具体实施方式

结合附图对本发明方法搅拌铁-石墨熔体装置的具体说明如下：

如图1-图4所示，无卷气铁-石墨熔体的高效搅拌装置主要由高速电磁搅拌装置、石墨坩埚2及其体积调整装置与上下移动装置、热电偶11、堵塞7及底架9构成。

如图1、图2、图4所示，高速电磁搅拌装置的三对电磁极对1均布在石墨坩埚2周围，与石墨坩埚2外壁之间的距离为5mm，电磁极对1外侧加外罩8。