[发明专利]一种难混熔合金材料原位自生细化的方法及连续化制备装置

说明书

本发明公开一种难混熔合金材料原位自生细化的方法及其连续化制备装置，将待熔铸的难混熔金属块放入石墨坩埚中，并加热熔化形成难混熔合金熔体。随后加入第三组元的金属块，待该金属块熔化并与合金熔体充分混合后，开启连铸设备定向抽拉，通过水冷结晶器与二冷水对合金熔体进行强制冷却，从而将难混熔合金熔体凝固成型。本发明连续化制备装置由石墨坩埚、感应线圈、石墨结晶器、水冷结晶器、二冷水、连铸设备牵引装置组成。本发明方法过程连续进行，因此可制备长尺寸的难混熔合金材料。上述实施例连铸装置设备简单、操作方便，适用于多种难混熔合金材料的连续化制备。

技术领域

本发明属于难混熔合金材料凝固制备领域，具体涉及一种难混熔合金的组织细化方法及其连续化制备装置。

背景技术

难混熔合金是一类具有液液分离特性的合金，该类合金在凝固过程中经过难混熔间隙时，会发生液液分离形成两种不混熔熔体。由于难混熔区的存在，该类合金在传统凝固过程中极其容易形成严重偏析甚至分层。因此，在难混熔合金凝固过程中，如何细化难混熔液相，从而抑制难混熔液相的凝并与长大，是抑制该类合金凝固偏析甚至分层的关键，也是难混熔合金均质化制备的研究焦点之一。

Cu-Fe合金是一种典型的难混熔合金。以Cu-10wt％Fe合金为例，该合金在传统凝固过程中，将穿过液液分离区，首先形成富Fe熔体和富Cu熔体，富Fe熔体先凝固形成富Fe球。随着温度的降低，富Cu熔体凝固形成富Cu相，并析出Fe枝晶。材料的组织、结构及成分决定了材料自身的使用性能，组织的细化与成分的均匀是材料性能提升的关键。因此，对于Cu-Fe合金而言，抑制凝固过程中富Fe熔体的凝并与长大，细化富Fe相、富Cu相以及Fe 枝晶，实现组织细化与成分均匀，是Cu-Fe合金材料性能提升的关键。

目前难混熔合金凝固制备领域，如何有效抑制液液分离过程中熔滴的凝并与长大，实现成分的均匀化和组织的细化是亟待解决的问题。此外，由于难混熔合金凝固制备过程中成分均质化与组织细化等问题尚未解决，高质量难混熔合金的连续化制备工艺也尚未成熟。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服难混熔合金凝固过程中由于液液分离特性所导致的熔滴凝并与长大，成分不均匀，组织粗化等问题，克服高质量难混熔合金材料尚无法连续化制备等问题，提供一种难混熔合金材料原位自生细化的方法及其连续化制备装置。

为达到上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种难混熔合金材料原位自生细化的方法，包括如下步骤：

步骤1：将待熔铸的Cu及Fe金属块放入上部石墨坩埚中，在石墨坩埚外部设有上部感应线圈，在感应线圈中通入交流电，通过感应加热方法，加热并熔化在石墨坩埚中的金属块原料，形成Cu-Fe合金熔体；

步骤2：在Cu-Fe合金熔体中加入钇(Y)金属块，待Y金属熔化并与合金熔体充分混匀后，开启抽拉连铸设备，利用设备的定向连续抽拉将连铸坯从石墨结晶器中拉出，在水冷结晶器下部设置二冷水，对拉出的连铸坯进一步冷却，通过石墨结晶外侧的水冷结晶器对连铸坯进行强制冷却，促进连铸坯凝固成型；在加入Y金属块后，Cu-Fe难混熔合金的凝固过程中富 Fe球、富Cu相、Fe枝晶得到依次原位自生细化，抑制Cu-Fe合金凝固过程中的偏析与分层；由于连铸设备开启，连铸坯不断凝固成型，并最终通过连铸工艺得到长尺寸组织细化、成分均匀的Cu-Fe难混熔合金材料。

优选地，在所述步骤2中，连铸坯的凝固成型过程中，按照凝固相图，将经历3个过程：