一种低压脉冲磁场凝固装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种细化金属凝固组织的低压脉冲磁场凝固装置，属于金属凝固组织控制装备领域，解决现有技术中电源功率过高，体积庞大，安全可靠性差，在工业生产中推广应用困难等问题。该装置设有脉冲磁场发生系统、脉冲磁场作用系统，脉冲磁场作用系统包括保温模具、磁场线圈，保温模具置于磁场线圈内侧，脉冲磁场发生系统通过磁场线圈与脉冲磁场发生系统相连。本实用新型专利技术脉冲磁场凝固装置采用充放电模式，具有低充电电压、高频率特性，安全可靠，在金属凝固过程中有效作用时间长，可充分发挥脉冲磁场对金属凝固组织的控制作用，并且体积小，成本低，适合于实验室科学研究和小规模工业生产。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种细化金属凝固组织的低压脉冲磁场凝固装置，属于金 属凝固组织控制装备领域。
技术介绍
铸造合金的性能主要决定于其凝固组织，普通铸造的合金凝固组织一般枝晶 组织发达，晶粒组织粗大，导致合金性能不高。因而采用各种手段控制凝固过 程以细化凝固组织，成为金属凝固领域研究的重要内容。传统的金属凝固组织 细化方法较多，如金属熔体变质处理，但该方法不可避免地会造成对金属液及 环境的污染；通过调整凝固工艺，如提高冷速，降低浇注纟显度等在一定条件下 可取得较好效果，但均有限制^#，如对大尺寸铸件凝固难以实现较高的冷速， 而降低浇注 鹏会降低金属液充型能力，弓胞冷隔等铸造缺陷。采用夕卜场控制金属凝固过程是近年来凝固领域的重^^究方向，其中脉冲磁 场凝固作为一种新型凝固技术引起越来越多的关注。研究表明，在脉冲磁场作 用下凝固可对金属凝固组织产生显著的细化作用。由于脉冲磁场作用具有非接 触特点，对金属熔体无污染，且脉冲磁场的参数可以随时调整，便于实现对凝 固过程的有效控制。目前，脉冲磁场作用于凝固过程的研究多集中于强脉冲磁 场方面，峰值磁场强度大于1B，磁感应强度大于1T，充放电脉冲频率不超过 3Hz，用于产生脉冲磁场的电压过高，峰值电压一般为几千伏到几万伏。因此， 所需的电源功率过高，体积庞大，安全可靠性差，在工业生产中推广应用困难。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种体积小、安全可靠的低电压脉冲磁场凝固 装置，以控制金属凝固过程，获得细化的凝固组织，解决现有技术中电源功率 过高，体积庞大，安全可靠性差，在工业生产中推广应用困难等问题。本技术的技术方案如下一种低压脉冲磁场凝固装置，该装置设有脉冲磁场发生系统、脉冲磁场作用系统，脉冲磁场作用系统包括保温模具、磁场线圈，f呆温模具置于磁场线圈 内侧，脉冲磁场发生系统通过磁场线圈与脉冲磁场发生系统相连。所述的低压脉冲磁场凝固装置，为了避免线圈承受高温，在保温模具和磁 场线圈之间设有水冷装置。所述的低压脉冲磁场凝固装置，脉冲磁场发生系统采用充放电模式，分为 三个部分，即充电回路、放电回路和控制部分，充电回路、放电回路分别与控 制部分相连。所述的低压脉冲磁场凝固装置，充电回路为恒流模块、电容器组、充电开 关串联构成的回路；放电回路为电容器组、放电开关、限流电阻、电感线圈串联构成的回路；控制部分主要由可编程功能模±央分别与充电开关、放电开关连 接构成。所述的低压脉冲磁场凝固装置，放电开关为可控硅放电开关，该开关通过 可控硅触发电路与可编程功能模i央相连接。所述的低压脉冲磁场凝固装置，为了消除电感线圈感生电动势对电路的影 响，获得稳定的脉冲，在电感线圈两端设置电感线圈旁路。本技术具有以下特点1、 本技术可显著细化金属材料的凝固组织。2、 本技术充电电压低，操作安全可靠。3、 本技术结构简单、体积小，成本低，适用范围广。4、 无污染。由于脉冲磁场作用不直t封妾触合金熔体，不会对合金产生污 染，也不会对环境产生污染。附图说明图1为本技术的脉冲磁场发生系统电路原理图。图2为脉冲磁场作用系统结构图。图中，l合金熔体；2保温模具；3 7K冷 装置；4脉冲磁场线圈；5脉冲磁场发生系统。图3为本技术和常规凝固时纯镁显微组织的对比图其中(a)为未施 加脉冲磁场；(b)为施加脉冲磁场。图4为本技术和常规凝固时K417高温合金凝固显微组织的对比图:其 中(a)为未施加脉冲磁场；(b)为施加脉冲磁场。具体实施方式本技术包括脉冲磁场发生系统、脉冲磁场作用系统两个部分，脉冲磁 场发生系统与脉冲磁场作用系统连接，由脉冲磁场发生系统产生的脉冲磁场施 加到金属熔体上，实现合金凝固组织细化。下面就系统的结构和功能进行详细的介绍。1、脉冲磁场发生系统如图1所示，本技术脉冲磁场发生系统5采用充放电模式实现脉冲磁 场发生，可分为三个部分，即充电回路、放电回路和控制部分。① 充电回路由恒流模块Uo、电容器组C、充电开关Ki等串联构成。其中， 恒流丰彭央U()功率为15kW，将380V交流电转变为450V直流电，恒流模块Uo 的控制开关作为充电回路的充电开关Kp电容器组C由若干油浸电容组成，最 高耐压为IOOOV，总容量为1600 u F，例如采用4个耐压IOOOV，容量为400|^F 的大容量油浸电容并联在一起，实现充放电，如果需要更大放电功率，可并联 更多同型号电容。具体工作过程为采用低压充放电技术，380V交流电经直流 模块Uo变为最大电压为450V的直流电，直流输出端电压可通过模±央本身进行 自由调节。当充电开关K,闭合时，直流电源对电容器组C进行充电，当充电开 关&断开时，充电结束。② 放电回路由电容器组C、可控硅放电开关K2、限流电阻Rc、电感线圈 L等串联构成。其中，电容器组C用来储存能量，电感线圈L的电感量根据所 需要产生的脉冲磁场峰值强度来计算。用电压表来观察电容器组C两端的电压， 当充电结束后，通过常规的可控硅触发电路触发可控硅放电开关K2， &闭合， 电容器组C对电感线圈L放电，在电感线圈L中通过脉冲电流，电感线圈L产 生脉冲磁场，限流电阻Rc的电阻为20Q。当电容器组C放电结束时，开关& 自行关闭。在电感线圈两端设置与电感线圈L并联的电感线圈旁路，电感线圈 旁路主要由二级管D和电阻Ri串联组成，电感线圈旁路的设置是为了消除电感 线圈感生电动势对电路的影响，获得稳定的脉冲。(Df空制部分主要由可编程功能模块分别与充电开关&、放电开关K2连接 构成。当放电开关为可控硅放电开关时，可控硅放电开关通过可控硅触发电路 与可编程功能模i央相连接。可编程功能模±央用来设定脉冲发生系统充、放电的 周期，通过充电开关K,控制充电电路中恒流模块的开、闭，以及通过可控硅触发电路控制放电电路中放电开关的触发，实现充放电回路的精确自动控制，产生脉冲磁场。其中，脉冲磁场电压为10~400V，脉冲磁场频率为1 25Hz，脉冲 磁场放电时间为0.5 2ms。 2、脉冲磁场作用系统如图2所示，脉冲磁场作用系统包括保温模具2、水冷装置3、磁场线圈4 等，保温模具2置于磁场线圈4内侧，在保温模具2和磁场线圈4之间设有7乂 冷装置3，磁场线圈4与脉冲磁场发生系统5相连。该系统的作用是将合金熔体 1浇注于模具2，磁场线圈4产生的脉冲磁场作用于合金熔体1，使合金熔体1 在脉冲磁场作用下凝固，实现细化合金凝固组织的目的。.本技术采用充放电模式，具有低充电电压、高频率特性，安全可靠， 在金属凝固过程中有效作用时间长，可充分发挥脉冲磁场对金属凝固组织的控 制作用，并且体积小，成本低，适合于实验室科学研究和小规模工业生产。以下结合实施例对本技术做详细说明。实施例1将纯镁在电阻炉中熔化至750°C并保温10分钟，然后浇注到置于脉冲磁场 凝固装置中预热，为400°C的石墨铸模内，浇注完毕后立即启动本技术 装置，使纯镁熔体在脉冲磁场作用下凝固。实验时，脉冲磁场电压为200V，频 率5Hz，作用时间为5分钟。图3为采用本技术和常规凝固时制备的纯镁显微组织甜比图。图3a为 未施加脉冲磁场凝固后合金显微组织，图3b为施加脉冲磁场^疑固后合金显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低压脉冲磁场凝固装置，其特征在于：该装置设有脉冲磁场发生系统、脉冲磁场作用系统，脉冲磁场作用系统包括保温模具、磁场线圈，保温模具置于磁场线圈内侧，脉冲磁场发生系统通过磁场线圈与脉冲磁场发生系统相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨院生，童文辉，汪彬，李应举，冯小辉，罗天骄，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：实用新型
国别省市：89[中国|沈阳]