利用强磁场细化晶粒的方法及其专用金属凝固铸造装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用强磁场细化晶粒的方法，利用强磁体产生稳恒强磁场，金属熔体在稳恒强磁场作用下过冷至熔点以下某一温度，并在过冷温度范围内迅速浇注，实现晶粒细化。本发明专利技术还公开了一种金属凝固铸造装置，坩埚的外围包绕设置强磁体，强磁体向坩埚中的金属熔体施加稳恒强磁场，通过调节强磁体使金属熔体的温度降到该金属熔点与强磁场下形核温度之间，使金属熔体处于过冷状态，通过调节强磁体的磁场强度来控制金属熔体的过冷度，开启塞棒，使处于过冷态的金属熔体迅速倒入铸模中凝固，获得晶粒细小的金属凝固组织。本发明专利技术增大形核过冷度，增加形核速率，实现铸坯晶粒细化，且这种晶粒细化方法设备及工艺简单，有利于大规模工业化生产应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种细化晶粒的新方法，具体是利用稳恒强磁场增大金属熔体的形核过冷度以实现晶粒细化，应用于材料加工

技术介绍
金属液在常规条件下凝固时，由于存在杂质等诸多原因，在平衡熔点以下零点几度往往就会凝固，凝固组织一般由表面的柱状晶和中心的等轴晶组成，晶粒粗大，铸坯性能较差。金属材料中晶粒大小对其性能有重要的影响，金属材料的强度、硬度、塑性和韧性都随着晶粒尺寸的减少而提高。晶粒细化是改善材料力学性能和使用性能的一种非常重要的手段。细化晶粒的传统方法在细化晶粒方面存在诸多不足。如化学细化法是在液态金属中添加孕育剂，变质剂以增加形核质点，这种方法细化晶粒效果显著。但这种方法会造成环境污染，添加剂也会污染金属液而影响材料的回收利用。物理细化法则是利用机械力的作用如机械搅拌，电磁搅拌使金属液产生强烈的对流，造成枝晶断裂以细化晶粒。但强烈搅拌会增加金属熔体与空气接触面，增加氧化物夹杂，对金属液造成污染。且设备及工艺复杂。因此，探索和开发先进的晶粒细化方法成为材料研究的新方向。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用强磁场细化晶粒的方法及其专用金属凝固铸造装置，采用对金属液没有污染的绿色环保的细化晶粒工艺，通过利用强磁场获得一定过冷度的金属熔体，在过冷条件下浇注实现晶粒细化。这种方法利用稳恒强磁场抑制金属熔体的形核，增大形核过冷度，增加形核速率，实现铸坯晶粒细化。避免了传统晶粒细化方法带来的种种弊端。且这种晶粒细化方法设备及工艺简单，有利于大规模工业化生产应用。此外，这种方法还可以避免在浇注过程中由于铸模各部位散热条件的不同而引起铸坯凝固组织的不均匀，同时避免成分偏析等。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案 一种利用强磁场细化晶粒的方法，利用强磁体产生稳恒强磁场，金属熔体在稳恒强磁场作用下过冷至熔点以下某一温度，并在过冷温度范围内迅速浇注，实现晶粒细化。还有一种实现利用强磁场细化晶粒的方法的专用金属凝固铸造装置，包括坩埚、加热炉、水冷套、塞棒和铸模，坩埚安装在加热炉内进行加热，使在坩埚内装载的金属材料熔化形成液态的金属熔体，水冷套对加热炉外部进行冷却，塞棒堵住坩埚底部的出口，铸模放置在坩埚底部的出口的下方，坩埚的外围还包绕设置强磁体，使坩埚放置在强磁体所产生的磁场中，强磁体也通过水冷套进行冷却,强磁体向坩埚中的金属熔体施加稳恒强磁场，通过调节强磁体使金属熔体的温度降到该金属熔点与强磁场下形核温度之间，使金属熔体处于过冷状态，热电偶直接测量坩埚中的金属熔体的温度，通过调节磁场强度来控制金属熔体的过冷度，开启塞棒，使处于过冷态的金属熔体迅速倒入铸模中凝固，获得晶粒细小的金属凝固组织。水冷套最好以接触方式安装在强磁体的空腔内部。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点 1.本专利技术利用强磁场控制金属熔体的过冷度，是利用强磁场改变金属材料自身的性质而实现过冷，实现了铸造产品无污染的晶粒细化效果； 2.本专利技术可以实现金属熔体在过冷条件下的整体凝固，可以避免因由表及里的凝固收缩引起的孔洞，元素偏析等现象； 3.本专利技术在浇注过程引入稳恒强磁场，不影响浇注过程，操作方便，设备和工艺简单，有利于大规模工业化生产使用。附图说明图1是本专利技术本专利技术金属凝固铸造装置结构示意图。具体实施例方式结合附图，对本专利技术的优选实施例详述如下 参见图1，一种金属凝固铸造装置，包括坩埚6、加热炉1、水冷套2、塞棒8和铸模5，坩埚6安装在加热炉I内进行加热，使在坩埚6内装载的金属材料熔化形成液态的金属熔体7，水冷套2对加热炉I外部进行冷却，塞棒8堵住坩埚6底部的出口，铸模5放置在坩埚6底部的出口的下方，坩埚6的外围还包绕设置强磁体3，使坩埚6放置在强磁体3所产生的磁场中，强磁体3也通过水冷套2进行冷却，使强磁体3与热流隔离，强磁体3向坩埚6中的金属熔体7施加稳恒强磁场，通过调节强磁体3使金属熔体7的温度降到该金属熔点与强磁场下形核温度之间，使金属熔体7处于过冷状态，热电偶4直接测量坩埚6中的金属熔体7的温度，通过调节强磁体3的磁场强度来控制金属熔体7的过冷度，开启塞棒8，使处于过冷态的金属熔体7迅速倒入铸模5中凝固，获得晶粒细小的金属凝固组织。在本实施例中，加热炉I放置在水冷套2内部，水冷套2可避免加热炉I产生的热量损害强磁体3。坩埚6熔化金属并获得金属熔体7，热电偶4测量金属熔体7的温度。在本实施例中，金属凝固铸造装置利用强磁体3产生稳恒强磁场，金属熔体7在稳恒强磁场作用下过冷至熔点以下某一温度，并在过冷温度范围内迅速浇注，实现晶粒细化。在利用本实施例金属凝固铸造装置过程中，首先将金属材料放入坩埚6中，加热到一定温度将其完全熔化获得金属熔体7。调节强磁体3，在强磁体3空腔内部产生某一磁场强度的稳恒磁场。以设定的冷却速率冷却金属熔体7，用热电偶4实时监测金属熔体温度。待温度降到金属熔点与强磁场下形核温度之间的设定温度值时，开启塞棒8，金属熔体7迅速倒入铸模5中凝固，获得晶粒细小的凝固组织。本实施例中，浇注过程与传统的浇注工艺完全一样，唯一不同的是引入了强磁场到金属熔体中，利用强磁场增大形核过冷度以细化晶粒，不污染金属，设备及操作简单，有利于工业大规模应用。上述水冷套2最好以接触方式安装在强磁体3的空腔内部，迎向热流方向，可以更好地避免加热炉I产生的热量损害强磁体3。本专利技术的基本原理 近年来，利用物理场如磁场、电场等控制凝固组织已成为一个新的研究领域。人们已经发现，物理场对金属凝固组织，相变等方面有显著的影响。在外场作用下金属凝固过程出现了一些新现象，本专利技术的外加物理场通过无接触方式相互作用，避免了对材料和环境的污染，从而可以实现材料的清洁加工和循环利用。本专利技术采用的强磁场能够抑制金属晶体形核，增加形核过冷度。利用这原理，当金属熔体在强磁场作用下过冷到熔点以下某一温度，迅速浇注，就可以实现晶粒细化。上面结合附图对本专利技术实施例进行了说明，但本专利技术不限于上述实施例，还可以根据本专利技术的专利技术创造的目的做出多种变化，凡依据本专利技术技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本专利技术的专利技术目的，只要不背离本专利技术利用强磁场细化晶粒的方法及其专用金属凝固铸造装置的技术原理和专利技术构思，都属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用强磁场细化晶粒的方法，其特征在于：利用强磁体产生稳恒强磁场，金属熔体在稳恒强磁场作用下过冷至熔点以下某一温度，并在过冷温度范围内迅速浇注，实现晶粒细化。

【技术特征摘要】
1.一种利用强磁场细化晶粒的方法，其特征在于利用强磁体产生稳恒强磁场，金属熔体在稳恒强磁场作用下过冷至熔点以下某一温度，并在过冷温度范围内迅速浇注，实现晶粒细化。2.一种实现权利要求1所述的利用强磁场细化晶粒的方法的专用金属凝固铸造装置， 包括坩埚(6)、加热炉(I)、水冷套(2)、塞棒(8)和铸模(5)，所述坩埚(6)安装在所述加热炉(I)内进行加热，使在所述坩埚(6)内装载的金属材料熔化形成液态的金属熔体(7)，所述水冷套(2)对所述加热炉(I)外部进行冷却，所述塞棒(8)堵住所述坩埚(6)底部的出口， 所述铸模(5)放置在所述坩埚(6)底部的出口的下方，其特征在于所述坩埚(6)放置在强磁体(3 )...

【专利技术属性】
技术研发人员：任忠鸣，李传军，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：