【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料制备，特别是涉及一种铸造钛及钛合金细晶装置及方法。
技术介绍
1、铸造钛合金因具有比强度高、抗腐蚀、耐高/低温等优点，是航空、航天、石油、武器装备等领域的重要结构材料，随着国防科技的进步，对铸造钛合金的性能和稳定性要求也越来越高。粗大的晶粒是阻碍铸造钛合金发展的重要因素，其会降低材料强度、塑性及韧性，若在腐蚀环境下使用还容易造成晶间腐蚀，降低材料的使用寿命。
2、目前铸造钛合金的细晶方法包括合金化法、钛粉细化、热加工、特殊热处理法等。但这些方法有着自身的不足，如合金化法和钛粉细化会改变钛合金的成分，改变结构件的力学性能；热加工法在加工过程中会造成材料的开裂，而且对于复杂结构件不适用；特殊热处理法如循环热处理的合金细化效果有限，且周期长、效率低，造成成本增加。
3、在所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能够实现晶粒细化的铸造钛及钛合金细晶装置。
2、本专利技术的另一目的在于提供能够实现晶粒细化的铸造钛及钛合金细晶方法。
3、本专利技术的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本专利技术的实践而习得。
4、根据本专利技术的一个方面，一种铸造钛及钛合金细晶装置，包括：
5、真空室，其内部
6、铸型，设置于所述真空室内并位于所述悬浮熔炼坩埚下方，能够接纳所述悬浮熔炼坩埚所熔化的熔体；
7、旋转磁场发生机构，包括旋转磁场发生电源及多个线圈，多个所述线圈设于所述真空室内并围绕所述铸型均匀分布，所述旋转磁场发生电源向所述线圈供电并使所述线圈产生环绕该铸型旋转的旋转磁场。该旋转磁场对铸型内部的熔体进行搅拌。
8、铸型加热装置，设置于铸型和线圈之间，用于在整个浇注过程中，持续对铸型进行加热，降低熔体冷却速度，加强熔体充型能力。
9、根据本专利技术的一实施方式，所述线圈的数量为3n，其中n＝1、2、4、8。线圈使用直径为0.5～4mm铜导线缠绕制成，线圈匝数为100～3000匝，旋转磁场为随时间进行周期性变化的交变电磁场，磁场中心的磁感应强度bθ为：
10、
11、本式中θ为单个线圈产生磁场b0与总磁场bθ的夹角，与线圈的个数有关；ω为旋转磁场匀速旋转时的矢量，与外加电流和磁场强度有关。
12、旋转电磁场作用下金属液所受的电磁力遵循maxwell方程，电磁力的周向分力f可表示为：
13、
14、本式中α为涡流常数，与外加电流和磁场强度有关；r为熔池的半径，与铸件有关；t为磁场变化周期，自行设定。铸型根据铸件形状制作，熔池半径r根据铸件的形状，其设定值为0.5～220mm。
15、根据本专利技术的一实施方式，所述旋转磁场的频率为1～50hz，磁场中心处空载磁感应强度为0.01～10t，作用时间为1～300s，正反转时间为0～10s。
16、根据本专利技术的一实施方式，所述铸型加热装置的加热温度为300～1000℃。
17、根据本专利技术的另一个方面，一种铸造钛及钛合金细晶方法，包括如下步骤：
18、使用铸型加热装置加热铸型；
19、将钛或钛合金在真空室内的悬浮熔炼坩埚中熔化为熔体；
20、将所述熔体倒入位于悬浮熔炼坩埚下方的铸型中；
21、使用旋转磁场发生装置产生环绕该铸型旋转的旋转磁场；
22、铸型内的熔体完全凝固后，关闭铸型加热装置和旋转磁场发生装置，待铸件冷却至300℃以下，取出铸件。
23、根据本专利技术的一实施方式，所述旋转磁场的频率为1～50hz，磁场中心处空载磁感应强度为0.01～10t，作用时间为1～300s，正反转时间为0～10s。
24、根据本专利技术的一实施方式，所述铸型加热装置的加热温度为300～1000℃。
25、根据本专利技术的一实施方式，所述熔体过热度范围为50-300℃，真空室内的真空度范围为10-1～10-3pa。
26、由上述技术方案可知，本专利技术的优点和积极效果在于：
27、本专利技术铸造钛及钛合金细晶装置以及方法，利用电磁搅拌旋转法，可以使钛及钛合金熔体快速充型。在此基础上利用旋转磁场在铸件固液界面产生正反方向的电磁搅拌作用，使凝固界面前沿液态金属的运动速度达到最大值，在加速熔体充型的同时，降低熔体及凝固前沿的温度梯度，使得形核数量增加，抑制枝状晶的生长；同时利用凝固前沿强烈的熔体流动，打碎枝晶，形成新的游离晶核，达到细化晶粒、细化铸件凝固组织的目的，从而实现精密复杂铸件整体成形和晶粒细化的协同作用。
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1.一种铸造钛及钛合金细晶装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的铸造钛及钛合金细晶装置，其特征在于，所述线圈的数量为3n，其中n＝1、2、4、8。
3.根据权利要求1所述的铸造钛及钛合金细晶装置，其特征在于，所述旋转磁场的频率为1～50Hz，磁场中心处空载磁感应强度为0.01～10T，作用时间为1～300s，正反转时间为0～10s。
4.一种铸造钛及钛合金细晶方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的铸造钛及钛合金细晶方法，其特征在于，所述旋转磁场的频率为1～50Hz，磁场中心处空载磁感应强度为0.01～10T，作用时间为1～300s，正反转时间为0～10s。
6.根据权利要求4所述的铸造钛及钛合金细晶方法，其特征在于，所述铸型加热装置的加热温度为300～1000℃。
7.根据权利要求4所述的铸造钛及钛合金细晶方法，其特征在于，所述熔体过热度范围为50-300℃，真空室内的真空度范围为10-1～10-3Pa。
【技术特征摘要】
1.一种铸造钛及钛合金细晶装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的铸造钛及钛合金细晶装置，其特征在于，所述线圈的数量为3n，其中n＝1、2、4、8。
3.根据权利要求1所述的铸造钛及钛合金细晶装置，其特征在于，所述旋转磁场的频率为1～50hz，磁场中心处空载磁感应强度为0.01～10t，作用时间为1～300s，正反转时间为0～10s。
4.一种铸造钛及钛合金细晶方法，其特征在于，包括如下步骤：
5....
【专利技术属性】
技术研发人员：史昆，王伟龙，张志勇，刘田雨，邱炜宸，程姣姣，谢华生，赵军，刘时兵，
申请(专利权)人：中国机械总院集团沈阳铸造研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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