一种轻合金熔体磁致振动凝固的装置及方法，属于轻合金熔体处理技术领域。轻合金熔体磁致振动凝固的装置，包括感应磁场产生系统、振动系统和冷却系统；还可以包括永久磁场系统。采用上述装置，进行轻合金熔体磁致振动凝固的方法，按照轻合金熔炼、装置前期准备；磁致振动处理；轻合金熔体凝固，获得轻合金铸锭。该方法在轻合金凝固过程中，采用一套振动强度与频率方便可调的磁致振动装置，将振动杆伸入到合金熔体中，利用电磁场引起振动杆振动进而改变合金凝固行为。该装置操作简单，强度与频率方便易调，可显著提高镁、铝等轻合金凝固组织均匀性，细化晶粒，极大提高轻合金铸锭的冶金质量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于轻合金熔体处理
，特别涉及一种轻合金熔体磁致振动凝固的装置及方法。
技术介绍
振动是改变金属凝固行为的十分有效的方法。如凝固时，施加机械振动、气动式振动、电磁式振动及超声波式振动等，均对凝固过程中合金的温度场、流场、浓度场以及形核和长大等凝固行为产生影响。其中机械振动对改变金属凝固行为具有十分显著的效果，是金属振动凝固中最常用的方法之一。采用合理的机械振动机制处理合金熔体，对细化晶粒、抑制枝晶和抑制合金元素偏析有显著效果，能极大提高铸锭质量。早在20世纪初期，Sokolov将施加于金属凝固过程中的机械振动作为一项晶粒细化技术提出。20世纪中期，日本大野笃美经过研究认为：振动将会产生液面扰动，从而加快了凝固初期型壁上晶粒的游离，增加金属液中晶核数量，从而使晶粒得以细化。机械振动铸造对细化晶粒、均匀组织、净化熔体、增强补缩、增加致密度、提高材料力学性能等都有显著效果。但在振动铸造中必须针对不同合金采用合理的振动制度。若振动所选取的频率、振幅不当，则会导致合金偏析严重、凝固组织恶化。而目前的机械振动装置频率可调范围普遍较小，且不利于操作，导致机械振动不能很好地应用于轻合金铸锭的生产中。本专利技术采用磁致振动的方式使振动杆振动强度和频率方便易调，便于针对不同种类、牌号的合金铸造过程中选用适当的振动机制来提高铸件的质量。
技术实现思路
针对镁、铝等轻合金凝固过程中易于出现成分偏析、晶粒组织粗大且不均等问题。本专利技术提供一种轻合金熔体磁致振动凝固的装置及方法。该装置采用磁致振动方式，改变了轻合金熔体凝固行为。该方法利用磁致振动，实现合金熔体处理中的外场作用，改变合金的凝固行为。具体过程是通入交流电的励磁线圈产生感应磁场，振动杆受到磁场力的作用而振动。在轻合金熔体处理过程中，将振动杆伸入轻合金熔体中，磁致振动的机械波通过振动杆被导入轻合金熔体，进而改变合金凝固行为。本专利技术的一种轻合金熔体磁致振动凝固的装置，包括振动杆、固定架盖板和感应磁场产生系统；所述的振动杆固定于固定架盖板的中心位置，振动杆的周向外侧设置有感应磁场产生系统，振动杆通过感应磁场产生系统提供振动驱动力。所述的固定架盖板以下的振动杆的周向设置有感应磁场产生系统。所述的振动杆为阶梯杆，阶梯杆细端穿过固定架盖板，固定架盖板上部的阶梯杆细端设置有弹簧压片，在弹簧压片与固定架盖板之间设置有弹簧；阶梯杆粗端的阶梯台紧邻固定架盖板下表面。所述的弹簧压片为2～3片。所述的振动杆把磁致振动导入轻合金熔体。所述的振动杆的上端设置有永久磁铁，振动杆的永久磁铁端吊接在固定架盖板的下表面。所述的带有永久磁铁的振动杆的上端设置有法兰盘结构，带有永久磁铁的振动杆通过螺栓固定于固定架盖板的下表面，带有永久磁铁的振动杆和固定架盖板之间设置有橡胶垫片，且螺栓对应固定架盖板的部分为螺纹结构，螺栓对应橡胶垫片和振动杆部分为光杆。所述的永久磁铁为固定式永久磁铁。所述的永久磁铁能够增加振动杆的振幅。所述的振动杆采用分体式结构，分为振动杆上杆和振动杆下杆，振动杆上杆和振动杆下杆之间通过螺纹结构或固定销连接。所述的感应磁场产生系统与振动杆上部靠近，以使感应磁场产生系统充分发挥作用。所述的感应磁场产生系统为励磁线圈。所述的感应磁场产生系统配装有冷却系统，冷却方式有两种：第一种，采用中空的励磁线圈，冷却水加入励磁线圈的中空管道内，进行冷却；第二种，将励磁线圈置于冷却水腔中，向冷却水腔中通入冷却水，对励磁线圈进行冷却；感应磁场产生系统的冷却系统的作用是对励磁线圈进行降温。所述的感应磁场产生系统通过装置外壳固定于固定架盖板上。所述的装置外壳通过连接螺杆与固定架盖板连接。所述的振动杆材质为低碳钢、石墨或钛合金中的一种。所述的振动杆材质根据处理的轻合金熔体的不同而有区别，其中，当轻合金为镁合金时，振动杆的材料为低碳钢，其含碳量在0.1～0.8％；当轻合金为铝合金时，振动杆的材料为石墨或钛合金中的一种。在使用时，整个轻合金熔体磁致振动凝固的装置通过振动杆的上端或固定架盖板与升降装置相连接。所述的升降装置可以控制振动杆的升降幅度，用来调节振动杆伸入轻合金熔体的深度。所述的升降装置由步进电机控制。其中，所述的励磁线圈在通入交流电时，能产生感应磁场，励磁线圈产生感应磁场，振动杆受到磁场力的作用而振动，通过改变交流电的电流强度和电流频率，可以改变磁场强度和振动杆振动强度；本专利技术的采用轻合金熔体磁致振动凝固的装置，进行轻合金熔体磁致振动凝固的方法，按照以下步骤进行：步骤1，准备工作：(1)坩埚中熔炼轻合金，并保温；其中，轻合金熔体的保温温度高于轻合金熔体液相线50～100℃；(2)将振动杆预热，预热温度为轻合金熔炼温度±20℃，保温0.5～1h；(3)将预热后的振动杆浸入轻合金熔体；步骤2，轻合金熔体的磁致振动处理：向感应磁场产生系统通入交流电，交流电频率为1～100Hz，电流强度为10～250A，振动杆产生相应频率的振动；进行轻合金熔体磁致振动处理的时间为5～250s；磁致振动处理时，轻合金熔体的温度为保温温度；步骤3，轻合金凝固：将磁致振动处理后的轻合金进行冷却，凝固后，获得轻合金铸锭。所述步骤1(1)的具体操作为：按照轻合金配比配料，将轻合金加入坩埚中，熔炼至熔融状态，进行精炼、净化处理，在坩埚中保温10～15min至熔体温度均匀，得到轻合金熔体，其中，轻合金熔体的保温温度高于轻合金熔体液相线50～100℃；所述步骤1(2)中，将振动杆预热前，向感应磁场产生系统的冷却系统中，通入冷却水，待冷却水水流稳定后，将振动杆进行预热。所述步骤1(2)中，所述的振动杆进行预热的方式为采用乙炔烘烤后在立式管式炉中保温。所述步骤1(2)中，将振动杆下杆进行预热。所述步骤1(3)中，所述的将振动杆浸入轻合金熔体中，采用升降装置调节，振动杆浸入轻合金熔体中的深度为1～3cm。所述步骤1(3)中，将振动杆下杆浸入轻合金熔体。所述步骤3中，所述的冷却为在坩埚外侧直接喷水冷却，也可以把熔体移入铸造模后在铸造模外侧喷水冷却，或者把熔体移入半连续铸造结晶器中喷水冷却；所述的轻合金熔体磁致振动凝固的方法中，当轻合金为镁合金时，镁合金熔体在整个过程中均要采用CO2+5％5F6混合气体进行保护，以避免镁合金熔体的氧化与燃烧。本专利技术的一种轻合金熔体磁致振动凝固的装置及方法，其优点在于：振动强度与频率方便可调的磁致振动装置安装方便，操作简单，通入改变励磁线圈中电流强度和电流频率，可以调节磁场强度，从而调节振动杆振动强度和振动频率，调节方式简单方便。在磁致振动作用下，成长中的枝晶被击碎，晶核数目增加，轻合金熔体温度场得到改善，极大提高铸锭凝固的均匀性，显著降低铸锭铸造缺陷的尺寸效应，可以获得宏观偏析小，晶粒细化，组织差别小的铸锭，极大提高轻合金铸锭的冶金质量。附图说明图1是本专利技术的轻合金熔体磁致振动凝固的装置A结构示意图；其中，1、振动杆上杆；2、弹簧压片；3、弹簧；5、固定架盖板；6、螺纹结构；7、振动杆下杆；8、感应磁场产生系统；9、连接螺杆；10、装置外壳；11、轻合金熔体；12、坩埚；图2是本专利技术轻合金熔体磁致振动凝固的装置B结构示意图；其中，1、振动杆上杆；4、法兰盘结构；5、固定架盖板；6、螺纹结构；7、振动杆下杆；8、感本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种轻合金熔体磁致振动凝固的装置，包括振动杆、固定架盖板和感应磁场产生系统；所述的振动杆固定于固定架盖板的中心位置，振动杆的周向外侧设置有感应磁场产生系统，振动杆通过感应磁场产生系统提供振动驱动力。
【技术特征摘要】
1.一种轻合金熔体磁致振动凝固的装置，包括振动杆、固定架盖板和感应磁场产生系统；所述的振动杆固定于固定架盖板的中心位置，振动杆的周向外侧设置有感应磁场产生系统，振动杆通过感应磁场产生系统提供振动驱动力。2.如权利要求1所述的轻合金熔体磁致振动凝固的装置，其特征在于，所述的振动杆为阶梯杆，阶梯杆细端穿过固定架盖板，固定架盖板上部的阶梯杆细端设置有弹簧压片，在弹簧压片与固定架盖板之间设置有弹簧；阶梯杆粗端的阶梯台紧邻固定架盖板下表面。3.如权利要求1所述的轻合金熔体磁致振动凝固的装置，其特征在于，所述的振动杆的上端设置有永久磁铁，振动杆的永久磁铁端吊接在固定架盖板的下表面；所述的带有永久磁铁的振动杆的上端设置有法兰盘结构，带有永久磁铁的振动杆通过螺栓固定于固定架盖板的下表面，带有永久磁铁的振动杆和固定架盖板之间设置有橡胶垫片，且螺栓对应固定架盖板的部分为螺纹结构，螺栓对应橡胶垫片和振动杆部分为光杆。4.如权利要求2或3所述的轻合金熔体磁致振动凝固的装置，其特征在于，所述的振动杆采用分体式结构，分为振动杆上杆和振动杆下杆，振动杆上杆和振动杆下杆之间通过螺纹结构或固定销连接。5.如权利要求1所述的轻合金熔体磁致振动凝固的装置，其特征在于，所述的感应磁场产生系统为励磁线圈；所述的感应磁场产生系统配装有冷却系统，冷却方式有两种：第一种，采用中空的励磁线圈，冷却水加入励磁线圈的中空管道内，进行冷却；第二种，将励磁线圈置于冷却水腔中，向冷却水腔中通入冷却水，对励磁线圈进行冷却。6.如权利要求1所述的轻合金熔体磁致振动凝固的装置，其特征在于，所述的振动杆材质为低碳钢、石墨或钛合金中的一种。7.采用权利要求1所述的轻合金熔体磁致振动凝固的装置，进行轻合金熔体磁致振动凝固的方法，其特征在于，按照以下步骤进行：步骤1...
【专利技术属性】
技术研发人员：乐启炽，张志强，胡文义，柏媛媛，宝磊，崔建忠，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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