一种直接和间接耦合引入超声处理高温熔体的设备和方法技术

一种直接和间接耦合引入超声处理高温熔体的设备和方法，它涉及一种超声处理高温熔体的设备和方法。本发明专利技术为了解决现有的超声处理对合金的熔炼作用具有衰减的现象，导致无法实现合金组织的全部细化和组织调控的问题。本发明专利技术的间接超声波处理装置的超声探头与坩埚的底部接触，直接超声波装置的浸入式超声导入杆与熔体直接接触。运行超声波发生器，利用超声发生杆、超声探头和浸入式超声倒入杆将超声波从坩埚底部和坩埚顶部引入超声，保持设定的超声功率，保持设定时间，来控制铸锭内晶体的细化程度。利用直接和间接耦合的超声波可弥补超声波的衰减，实现熔体组织的全部细化，更好地获得细化的难熔合金及复合材料。本发明专利技术用于高温合金的制备。温合金的制备。温合金的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种直接和间接耦合引入超声处理高温熔体的设备和方法


[0001]本专利技术涉及一种超声处理高温熔体的设备和方法，具体涉及一种直接和间接耦合引入 超声处理高温熔体的设备和方法。属于难熔合金及金属基复合材料


技术介绍

[0002]外场处理是一种调控合金组织，提高合金的力学性能的方法，如超声处理、强磁场调 控、行波磁场处理等，其中超声处理技术可细化晶粒尺寸、调控组织、是提高合金力学性 能的有效手段。超声处理可将超声杆直接插入合金中，也可以通过坩埚间接引入合金中。 但超声波在介质中存在衰减，无论直接超声处理，还是间接超声处理，均无法实现合金的 整体细化。
[0003]难熔合金的熔点较高，多超过2000℃，其熔炼方式与其他合金不同，在熔炼合金的同 时引入超声也较为困难，即使引用了超声处理进行熔炼，也因超声波在坩埚中的处理具有 衰减的现象，导致无法实现合金组织的全部细化和组织调控的问题。
[0004]综上所述，现有的超声处理对合金的熔炼作用具有衰减的现象，导致无法实现合金组 织的全部细化和组织调控的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有的超声处理对合金的熔炼作用具有衰减的现象，导致无 法实现合金组织的全部细化和组织调控的问题。进而提供一种直接和间接耦合引入超声处 理高温熔体的设备和方法，获得细化组织更均匀且细化程度更高的超声处理难熔合金。
[0006]本专利技术的提供了一种直接和间接耦合引入超声处理高温熔体的设备，它包括电源及超 声控制柜、电源连接线、电弧控制器、电弧枪控制杆、真空炉、电弧枪、坩埚、超声波处 理装置和抽真空装置；电弧控制器安装在真空炉的正上方，电源及超声控制柜通过电源连 接线与电弧控制器连接，电弧枪控制杆的顶部与电弧控制器连接，电弧枪控制杆的底部穿 过真空炉中，坩埚安装在真空炉内，电弧枪的一端与电弧枪控制杆的底端连接，电弧枪的 另一端悬置并位于电弧枪的另一端的正下方实现对坩埚内合金的熔炼；抽真空装置安装在 真空炉的外侧；超声波处理装置包括超声波发生器、超声发生杆、浸入式超声导入杆和超 声探头，超声波发生器安装在真空炉的下方，超声发生杆的底端与超声波发生器连接，超 声发生杆的顶端向上延伸并密封穿过真空炉，超声探头的底端安装在超声发生杆的顶端， 超声探头的顶端与坩埚的底端面相抵，浸入式超声导入杆的一端与超声探头的顶端连接， 浸入式超声导入杆的另一端绕过坩埚的外侧壁之后伸入到坩埚的内部与合金的溶体接触， 浸入式超声导入杆和超声探头共同作用实现对坩埚内合金的熔炼。
[0007]进一步地，坩埚为水冷铜坩埚，坩埚通过支撑底座设置在真空炉上，坩埚的下端分别 插装有坩埚进水管和坩埚出水管，坩埚进水管和坩埚出水管呈180度布置。
[0008]进一步地，浸入式超声导入杆包括第一根浸入式超声导入杆和第二浸入式超声导
入杆， 第一根浸入式超声导入杆和第二浸入式超声导入杆在水平方向呈180度布置，第一根浸入 式超声导入杆与坩埚进水管之间呈90度，第二浸入式超声导入杆与坩埚出水管之间呈90 度；其中，第一根浸入式超声导入杆和第二浸入式超声导入杆的材料均为耐高温陶瓷；第 一根浸入式超声导入杆和第二浸入式超声导入杆的一端均与超声探头之间可拆卸连接，第 一根浸入式超声导入杆和第二浸入式超声导入杆的另一端在伸入到合金的溶体的接触端部 可拆卸下来。
[0009]进一步地，电弧枪控制杆包括电机、导向杆、升降杆和保护套，电机安装在电弧控制 器内，导向杆的一端与电机的输出轴连接，升降杆的上端与导向杆的另一端之间螺纹连接， 升降杆的下端伸入到真空炉内并与电弧枪连接，保护套的顶端与电弧控制器的下端面连接， 保护套的底端与真空炉的顶壁固定连接。
[0010]进一步地，抽真空装置包括抽气机构和进气机构，抽气机构和进气机构与真空炉连通， 其中，进气机构通入到真空炉内的保护气体为氩气。
[0011]进一步地，它还包括密封装置，真空炉与超声发生杆之间通过密封装置连接；其中， 密封装置包括紧固件和密封件，紧固件与超声发生杆螺纹连接；密封件套装在超声发生杆 上，密封件具有螺纹连接部和密封部，所述密封部的外径大于超声发生杆上连接孔的直径， 螺纹连接部伸入到超声发生杆连接孔内，并与超声发生杆螺纹密封连接；密封部与真空炉 的底板外部相贴合，在密封件迎向真空炉的一侧设置有密封垫。
[0012]本专利技术还提供了一种采用直接和间接耦合引入超声处理高温熔体的设备的制备方法， 它包括以下步骤：
[0013]步骤一：将熔炼铸锭放置在坩埚内部，并将电弧枪的电极下降并调至能够起弧的高度；
[0014]步骤二：开启抽气机构，然后开启进气机构，将真空炉内的真空度保持在0.05MPa， 利用电弧枪引弧；
[0015]步骤三：逐渐增加电弧枪的电弧电流至铸锭完全熔化；
[0016]步骤四：运行超声波发生器，利用超声发生杆、超声探头和浸入式超声倒入杆将超声 波从坩埚底部和坩埚顶部引入超声，保持设定的超声功率，保持设定时间，来控制铸锭内 晶体的细化程度；
[0017]步骤五：超声处理完成后，减小电弧枪的电弧电流，调至0后，关闭电源，至此，完 成了直接和间接耦合引入超声处理高温熔体的制备。
[0018]进一步地，所述步骤三中电弧枪的电弧电流使铸锭的熔炼温度大于等于铸锭液相线 100℃，保证过热度。
[0019]进一步地，所述步骤四中的超声处理预定时间为100
‑
200s；对于超声衰减系数小于 1.5dB/cm的合金，超声波的功率范围为满载功率的60％
‑
80％，对于超声衰减系数大于 1.5dB/cm的合金，超声波的功率范围为满载功率的80％
‑
100％。
[0020]进一步地，所述步骤五中的电弧枪的电弧电流为每15s减小100A，并逐渐减小电流至 0。
[0021]本专利技术与现有技术相比具有以下效果：
[0022]1、本专利技术采用直接和间接耦合引入超声处理高温熔体的设备和方法，能够对难熔合金 熔体进行超声处理，同时，超声作用的范围被扩大，利用直接和间接耦合的方式可以
弥补 超声波在引入熔体过程中的衰减，细化组织，实现组织的均匀细化处理，获得无污染的超 声处理难熔铸锭。其中，间接超声波处理装置的超声探头与坩埚的底部接触，直接超声波 装置的浸入式超声导入杆与熔体直接接触。
[0023]2、本专利技术采用电弧熔炼和超声处理对难熔合金进行制备，通过调节电弧电流的大小和 超声功率范围，能够实现不同的超声细化效果。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例的直接和间接耦合引入超声处理高温熔体设备的结构示意图；
[0025]图2是本专利技术实施例的真空炉的结构示意图；
[0026]图3是图1中A
‑
A的剖视图；
[0027]图4是图3中B
‑
B的剖视图；
[0028]图5是本专利技术实施例的电弧枪控制杆的结构示意图；
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直接和间接耦合引入超声处理高温熔体的设备，其特征在于：它包括电源及超声控制柜(1)、电源连接线(2)、电弧控制器(3)、电弧枪控制杆(4)、真空炉(5)、电弧枪(6)、坩埚(11)、超声波处理装置和抽真空装置；电弧控制器(3)安装在真空炉(5)的正上方，电源及超声控制柜(1)通过电源连接线(2)与电弧控制器(3)连接，电弧枪控制杆(4)的顶部与电弧控制器(3)连接，电弧枪控制杆(4)的底部穿过真空炉(5)中，坩埚(11)安装在真空炉(5)内，电弧枪(6)的一端与电弧枪控制杆(4)的底端连接，电弧枪(6)的另一端悬置并位于电弧枪(6)的另一端的正下方实现对坩埚(11)内合金的熔炼；抽真空装置安装在真空炉(5)的外侧；超声波处理装置包括超声波发生器(15)、超声发生杆(14)、浸入式超声导入杆(12)和超声探头(13)，超声波发生器(15)安装在真空炉(5)的下方，超声发生杆(14)的底端与超声波发生器(15)连接，超声发生杆(14)的顶端向上延伸并密封穿过真空炉(5)，超声探头(13)的底端安装在超声发生杆(14)的顶端，超声探头(13)的顶端与坩埚(11)的底端面相抵，浸入式超声导入杆(12)的一端与超声探头(13)的顶端连接，浸入式超声导入杆(12)的另一端绕过坩埚(11)的外侧壁之后伸入到坩埚(11)的内部与合金的溶体(16)接触，浸入式超声导入杆(12)和超声探头(13)共同作用实现对坩埚(11)内合金的熔炼。2.根据权利要求1所述的一种直接和间接耦合引入超声处理高温熔体的设备，其特征在于：坩埚(11)为水冷铜坩埚，坩埚(11)通过支撑底座设置在真空炉(5)上，坩埚(11)的下端分别插装有坩埚进水管(1101)和坩埚出水管(1102)，坩埚进水管(1101)和坩埚出水管(1102)呈180度布置。3.根据权利要求2所述的一种直接和间接耦合引入超声处理高温熔体的设备，其特征在于：浸入式超声导入杆(12)包括第一根浸入式超声导入杆(1201)和第二浸入式超声导入杆(1202)，第一根浸入式超声导入杆(1201)和第二浸入式超声导入杆(1202)在水平方向呈180度布置，第一根浸入式超声导入杆(1201)与坩埚进水管(1101)之间呈90度，第二浸入式超声导入杆(1202)与坩埚出水管(1102)之间呈90度；其中，第一根浸入式超声导入杆(1201)和第二浸入式超声导入杆(1202)的材料均为耐高温陶瓷；第一根浸入式超声导入杆(1201)和第二浸入式超声导入杆(1202)的一端均与超声探头(13)之间可拆卸连接，第一根浸入式超声导入杆(1201)和第二浸入式超声导入杆(1202)的另一端在伸入到合金的溶体(16)的接触端部可拆卸下来。4.根据权利要求3所述的一种直接和间接耦合引入超声处理高温熔体的设备，其特征在于：电弧枪控制杆(4)包括电机(41)、导向杆(42)、升降杆(43)和保护套(44)，电机(41)安装在电弧控制器(3)内，导向杆(42)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈瑞润，王墅，王琪，陈德志，苏彦庆，吴士平，丁宏升，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：