[发明专利]一种多场耦合细化金属凝固组织的装置及其细化工艺

说明书

本发明属于金属材料加工技术领域，涉及多场耦合细化金属凝固组织的装置及其细化工艺，感应线圈产生热偶效应对金属熔体加热，温度记录仪记录热电偶检测的金属熔体温度，待金属熔体熔化后，下降搅拌杆，打开转速控制仪对金属熔体进行机械搅拌，将电极下降，打开脉冲电源，向金属熔体中通入脉冲电流，通过脉冲电源、转速控制仪和感应加热仪调整脉冲电流大小，搅拌杆搅拌速度，感应线圈加热速度，进行电场、力场、热场、磁场多场耦合且共同作用于金属熔体，促进形核，破碎枝晶，细化晶粒，该多场耦合细化金属凝固组织的装置结构高度集成，优化了金属熔体处理过程，缩短了处理时间，节约了成本，同时解决了现有金属熔体细化处理技术单一的问题。

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，涉及一种多场耦合细化金属凝固组织的装置及其细化工艺。

背景技术

在现有金属材料加工技术领域，理想的金属凝固组织是具有均匀、细小的等轴晶，等轴晶各向异性小，加工时变形均匀、性能优异、塑性好，利于铸造及随后的加工。要得到这种组织，通常需要对金属熔体进行细化处理。1932年Dreyfus博士从法拉第的电磁感应原理中发现，低速移动着的感应磁场能在钢水中产生强力的搅拌作用，并应用到金属熔体处理中；1990年，M Nakada等首次使用脉冲电流作用于合金的凝固过程，凝固组织得到细化。麻省理工大学Flemings教授等人对金属液进行机械搅拌制备出具有近球状结构的凝固组织。近年来，金属凝固组织细化技术发展迅速，处理手段不断增加，其研究和工业应用也受到广泛关注，并引起了人们的高度重视。

目前金属凝固组织细化处理方法主要有：电阻加热法、磁场处理法、机械搅拌法、超声波振动法、过流冷却法、脉冲电流处理法、变质处理法等，现有处理方法中存在着处理技术单一，或处理流程长，或细化效果差，或处理过程不连续，或引入杂质元素等问题，无法高效获得良好凝固组织和提高熔体质量。例如：电阻加热法需要将金属重熔，通过热传导形式进行，加热速度慢；过流冷却法处理流程长，且在结晶过程中由于激冷效应容易造成组织细化不均匀；变质处理法加入细化剂或变质剂，会引入杂质元素，对金属熔体成分产生影响。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有金属熔体细化处理技术单一的问题，提供一种多场耦合细化金属凝固组织的装置以及简化浇铸的金属凝固组织细化工艺。

为达到上述目的，本发明提供一种多场耦合细化金属凝固组织的装置，包括基座和安装在基座上的结晶器，结晶器内盛装金属熔体，结晶器外围的基座上从内到外依次安装有开口状的冷却罩、绝缘罩、密封罩和导柱，冷却罩外缠绕有感应线圈，冷却罩的上部可拆卸安装有横向的支架，导柱上滑动安装有绝缘体材质的密封盖，密封盖的中部上方安装有电动机，密封盖的中部下方安装有与电动机相连的搅拌杆，电动机外侧的密封盖上安装有穿设在支架上的电极和热电偶，冷却罩下部开设有进气孔，密封盖上开设有出气孔。

进一步，还包括分别与电极、热电偶、电动机和感应线圈通过导线连接的脉冲电源、温度记录仪、转速控制仪和感应加热仪。

进一步，还包括脉冲电源、温度记录仪、转速控制仪和感应加热仪，脉冲电源通过第二导线与电极相连，温度记录仪通过补偿导线与热电偶相连，转速控制仪通过第一导线与电动机相连，感应加热仪通过补偿线圈与感应线圈相连。

进一步，冷却罩内设有冷却水孔，冷却罩上端的冷却水孔为进水孔，冷却罩下端的冷却水孔为出水孔。

进一步，冷却罩上的支架位置可调，电极和热电偶卡设在支架上。

进一步，基座的中部装配有升降器，结晶器安装在升降器上。

一种多场耦合金属凝固组织的细化工艺，包括如下步骤：