铽镝铁棒材高频感应加热熔铸法制造技术

一种铽镝铁棒材高频感应加热熔铸法，采用一对由高频电源控制的上、下感应加热线圈，坩埚置于上感应线圈中，模具置于下感应线圈中，熔炼时，由高频电源控制上感应线圈对坩埚内的合金液加热熔化，控制下感应线圈对模具进行加热，实现铽镝铁棒材高频感应加热熔铸的全过程。本发明专利技术简化了Ｔｂ－Ｄｙ－Ｆｅ合金熔化制棒工序，棒材化学成分容易控制且均匀，稀土元素的烧损率低，棒材外表光洁，内在组织致密。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
铽镝铁棒材高频感应加热熔铸法本专利技术涉及一种铽镝铁棒材的熔铸方法，尤其涉及一种铽镝铁棒材高频感应加热熔铸法，属于稀土超磁致伸缩材料的制备
稀土超磁致伸缩材料Tb(铽)～Dy(镝)-Fe(铁)伪二元合金是利用磁致伸缩效应实现电-磁-机械三者能量或信息转换的功能材料，具有伸缩系数大、机电耦合因子高、产生的机械动力大及低频响应速度快的特点，是继稀土磁光、稀土永磁和稀土超导材料之后的又一种引起广泛关注的新型稀土功能材料。由于Tb-Dy-Fe合金脆性大，机加工性能差，所以到目前为止，稀土超磁致伸缩材料应用最广的形状仍为棒状，熔炼制棒技术自然成了制备稀土超磁致伸缩材料的重要环节。目前研究和制备稀土超磁致伸缩材料的方法，是先将Tb-Dy-Fe合金熔炼铸造成一定直径的棒材，然后再用定向凝固方法制备出晶体取向生长的超磁致伸缩材料。熔炼装置一般以真空非自耗电弧炉为主，如《超磁致伸缩材料的冶炼铸造工艺研究》(杜挺，张洪平，《金属功能材料》1998，第6期P 272～275)及《制备具有“跳跃效应”磁致伸缩材料的研究》(赵玉刚等，《兵器材料科学与工程》1998，第2期P51～55)中介绍的工艺均使用真空电弧炉。真空电弧炉熔炼Tb-Dy-Fe合金的工艺一般为：去除原材料中的氧化皮→清洗→干燥→配料→装炉→抽真空→充氩气→母合金熔炼→母合金锭→重熔3～5次→母合金铸棒。该工艺先将纯铽(Tb)、镝(Dy)和铁(Fe)熔炼成小块合金，然后将小块合金一起熔炼成大块合金，为使合金成分均匀需反复重熔3～5次，工艺很复杂，且熔炼过程中稀土元素烧损率高，稀土元素Tb和Dy的总烧损率一般为4.55％～12.33％，另外还需要专门的熔炼设备，设备投资较大。本专利技术的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种新的Tb-Dy-Fe合金-->棒材的高频感应加热熔炼方法，简化Tb-Dy-Fe合金熔炼制棒工艺，降低稀土元素烧损率，以获得内在组织致密、外表光洁圆整的棒材，节省设备投资。为实现这样的目的，本专利技术的技术方案中采用了一对由高频电源控制的上下感应加热线圈，坩埚置于上感应线圈中，其外部有耐火保护层，底部开有一个通孔，金属模具置于下感应线圈中，位于坩埚底部通孔的正下方，由高频电源控制上感应线圈对坩埚内的合金液加热熔化，由高频电源控制下感应线圈对模具进行加热，实现铽镝铁棒材高频感应加热熔铸的全过程。本专利技术熔铸Tb-Dy-Fe合金棒材的工艺为：去除原材料中的氧化皮后清洗干燥，配料装炉；在真空室中充氩气，由高频电源控制加热使合金熔化，然后浇铸成型。制备不同直径的棒材只需更换模具即可。图1为本专利技术熔铸方法的原理示意图。如图所示，本专利技术的熔铸方法中采用了一对由高频电源控制的上、下感应加热线圈，坩埚8置于上感应线圈3中，坩埚8外部有耐火保护层2，底部有一个通孔6，模具4置于下感应线圈5中，位于坩埚8底部通孔6的正下方，坩埚8内有一根可以抽拉的堵棒1。为保证耦合效果和加热均匀，本专利技术中的感应线圈设计为桶型多匝单线圈，线圈内径为φ90mm～φ130mm，外径为φ110mm～φ151mm，高为110mm～140mm。熔炼时，将高纯Al2O3(＞99％)坩埚8置于上感应线圈3中，坩埚底部有一个φ6.5mm～φ7mm的通孔6，装料前由一端为φ7mm的高纯Al2O3堵棒1堵住，堵棒1的另一端固定于抽拉杆，由SIT高频电源加热熔化配好的合金料。模具4置于下感应线圈5中，固定在坩埚底孔的正下方，由IGBT高频电源加热。本专利技术熔炼工艺的关键是：①仔细去除原材料表面氧化物和油污等脏物，用无水乙醇清洗，并在真空中干燥；②往真空室充入高纯氩气，电源频率为30～250KHZ，加热功率从0～40KW-->逐步加大，以免坩埚破裂，加热至原材料全部熔化后，停止加热，待合金凝固冷却后更换真空室中的氩气并重新加热熔化。因为从加热开始，随着温度的升高会产生较多气体，如原材料、坩埚外保护层、模具中的水分、油分，还有真空室内潮湿气体等，到合金熔化时，各种气体基本上都已挥发干净；③控制好合金液7的温度和保温时间，合金熔化温度一般在1300～1500℃，待完全熔化后1～5分钟浇铸。温度过高或保温时间过长，稀土元素尤其是Dy的烧损会增大，在完全熔化后的1～5分钟内，强大的电磁搅拌力足以使合金的成分均匀。在熔化合金时逐步加热模具，模具温度控制在300～800℃。温度过低，充型困难，表面质量较差；温度过高，损坏模具。以下通过具体的实施例对本专利技术的技术方案作进一步描述。实施例：制备Tb0.27Dy0.73Fe1.9和Tb0.27Dy0.73Fe1.95的合金棒材将上感应加热线圈加工成3匝单线圈，线圈内径为φ110mm，外径为φ125mm，高为120mm；熔炼时将高纯Al2O3(＞99％)坩埚置于上感应加热线圈中，坩埚底部有一个φ6.5mm的通孔，装料前由一端为φ7mm的高纯Al2O3堵棒堵住，堵棒的另一端固定于上抽拉杆，由SIT高频电源加热熔化配好的合金料，电源频率为60KHZ，加热功率为35KW；金属模具固定在坩埚底孔的正下方，模具孔尺寸为φ7×120mm，共10根，模具由IGBT高频电源加热。合金熔化温度控制在1400℃，待完全熔化后2分钟浇铸；模具温度控制在500℃。制备的Tb0.27Dy0.73F1.9和Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金棒材外表光洁，内在组织致密。经有关研究所分析室化验，在正常熔炼时稀土元素Tb和Dy的烧损率分别为0.74％和2.89％，化学成分均匀。本专利技术熔铸Tb-Dy-Fe合金棒材的技术简化了熔化制备工序，合金化学成分容易控制，正常熔炼时稀土元素的烧损率可控制在Tb：小于1％,Dy：小于3％，两者总烧损率少于4％；棒材外表光洁，内在组织致密。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铽镝铁棒材高频感应加热熔铸法，其特征在于采用一对由高频电源控制的上、下感应加热线圈，坩埚（８）置于上感应线圈（３）中，其外部有耐火保护层（２），底部有通孔（６），模具（４）置于下感应线圈（５）中，位于坩埚（８）底部通孔（６）的正下方，由高频电源控制上感应线圈（３）对合金液加热熔化，电源频率为３０～２５０ＫＨＺ，加热功率从０～４０ＫＷ逐步加大，至原材料全部熔化后，停止加热，待合金凝固冷却后更换真空室中的氩气并重新加热熔化，合金熔化温度控制在１３００～１５００℃，待完全熔化后１～５分钟浇铸，在熔化合金时由高频电源控制下感应线圈（５）逐步加热模具（４），温度控制在３００～８００℃。

【技术特征摘要】
1、一种铽镝铁棒材高频感应加热熔铸法，其特征在于采用一对由高频电源控制的上、下感应加热线圈，坩埚(8)置于上感应线圈(3)中，其外部有耐火保护层(2)，底部有通孔(6)，模具(4)置于下感应线圈(5)中，位于坩埚(8)底部通孔(6)的正下方，由高频电源控制上感应线圈(3)对合金液加热熔化，电源频率为30～250KHZ，加热功率从0～40KW逐步加大，至原材料全部熔化后，停止加热，待合金凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：季诚昌，李建国，马伟增，周尧和，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]