[发明专利]一种差相位行波磁场电磁铸造方法

说明书

一种差相位行波磁场电磁铸造方法，包括以下步骤：在电磁铸造过程中，在金属熔体周围设置磁场施加装置，在金属熔体经过内套进行铸造过程中，通过磁场施加装置对金属熔体施加磁场；每2n个磁场施加装置构成一组磁场施加装置，共设置两组，每组各自产生一组脉冲电磁信号，两组电磁脉冲信号的相位角差为90°，在金属熔体中构成差相位行波磁场。本发明的方法充分发挥电磁场对合金熔体的作用，实现不同形状规格坯料制备过程中不同部位的磁场控制，增强磁场细化作用，均匀温度和成分、净化熔体，显著改善合金铸坯组织和成分，改善铸锭性能。

技术领域

本发明属于有色金属材料加工领域，具体涉及一种差相位行波磁场电磁铸造方法。

背景技术

随着铸造技术的不断发展，人们对铸造质量的要求不断提高，对金属及合金的组织及性能提出了更严格的标准，而铸造合金的性能主要取决于其凝固组织，普通铸造合金存在凝固组织枝晶发达、晶粒粗大、组织不均匀等缺点，极大降低了材料的力学性能和变形能力；根据霍尔-佩奇(Hall-Petch)关系可知，细化晶粒可改善多晶体材料的强度；因此，在金属坯料制备过程细化晶粒具有重要意义，研制出能够生产细晶、均匀、纯净金属凝固组织的设备研究始终受到人们的高度重视，也是轻金属铸造领域追求的目标。

传统铸造工艺条件下，细化晶粒的方法主要包括熔体过热处理、变质处理和控制铸造工艺条件等，但细化效果有限，过热处理和添加变质剂主要作用在熔体阶段，加入量不易控制，加入量过少细化效果不显著，加入量过多则会改变熔体合金成分，污染熔体；此外，并不是所有的金属和合金都有适用的变质剂，通过控制铸造工艺条件的方法主要有降低铸造速度、降低浇注温度等、提高液态金属的冷却速度等，在一定条件下可以取得很好的效果，但降低铸造速度和浇铸温度会影响金属液的流动性，降低金属液充型能力，提高液态金属的冷却速率对于大规格铸锭作用有限；因此，仅通过传统的熔炼铸造工艺已无法满足当前的铸造质量要求，尤其大规格板坯和铸锭的制备。

在金属和合金凝固过程中施加外场，如施加电场、磁场、超声场、组合外场等，能够细化均匀凝固组织，且对金属液无污染；在金属凝固过程中通过施加外场，一方面向熔体中输入能量提高形核和长大速率；另一方面，外场对金属熔体的搅拌作用可以改变凝固温度场、流场和浓度场，从而细化均匀凝固组织；目前，超声场和电磁场是金属和合金凝固过程中应用最广的两种外场。

目前大多数学者认为，对于超声处理熔体细化的机制，主要是超声作用熔体时产生的空化效应和声流效应能够搅拌熔体，增加形核率，改善合金温度场的均匀性，抑制柱状晶的生长；1935年Sokolov首次研究了超声振动下金属的凝固行为，随后Abramov和Gurevich研究了超声振动作用下不同点阵结构纯金属的凝固，发现超声处理能够使不同点阵结构的纯金属晶粒细化，力学性能提高；美国的Vladimir Ivanovich等人发明了轻合金的超声半连续铸造方法，通过实验验证了超声的细化效果；东北大学开发的镁合金变频超声半连续铸造方法，通过实验验证发现，变频超声振动能够显著细化晶粒均匀组织；然而，这种技术仍存在明显缺点：超声波在金属熔体中传播存在严重的衰减现象，而现有超声设备的有效输出功率有限，导致其作用范围有限；另一方面，现有超声变幅杆需要直接接触金属液，因此超声变幅杆的耐高温腐蚀性和空化腐蚀问题仍亟待解决；以上缺点导致超声处理熔体技术仍无法应用于工业生产。