[發(fā)明專利]一種獲得公斤級高溫合金過冷熔體的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310421512.0
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103484802A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設計）人: 胡銳;李金山;高中堂;張鐵邦;寇宏超
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: C22F1/00
• 分類號: C22F1/00;C21D1/42
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術領域

本發(fā)明涉及高溫合金過冷凝固領域，具體為一種獲得公斤級高溫合金過冷熔體的制備方法。

背景技術

熔體處理作為晶粒細化的重要手段，在高溫合金中得到了廣泛的應用，而過冷熔體的獲得是保證細晶凝固成功的關鍵過程，熔體凝固前的熱歷史以及后續(xù)的控溫方法對能否獲得細晶組織起到至關重要作用，通過對熔體進行特殊控溫處理，可以得到較好的過冷熔體。人們已經(jīng)發(fā)展了一些高溫合金熱控細晶鑄造的方法，已在工業(yè)上使用的方法主要分為：深過冷和普通熱控法。

李德林等人在《中國有色金屬學報》，1994，4（1），p123-128上撰寫《大塊深過冷Ni基合金的細晶化》，該文報道了采用凈化劑和循環(huán)過熱方法，進行2-3次“加熱融化-過熱保溫-冷卻凝固”的熱循環(huán)，隨后切斷高頻電源，讓試樣自然冷卻，獲得了合金Ni₇₇Si₁₃B₁₀在過冷度為280℃的組織，但組織均勻性較差，既有發(fā)達的枝晶，也有細小粒狀晶；其原因在于當切斷電源后熔體在形核前內(nèi)外散熱不均勻，沒能獲得真正的深過冷熔體。

中國專利局1999年10月12日公布了（公開號：CN1232885）名稱為“一種原子團簇過冷熔體凝固的方法”的發(fā)明申請專利，可向過冷金屬及合金樣品直接引入與晶核具有相同尺寸量級的原子團簇以觸發(fā)并控制形核過程，獲得所需凝固組織。雖然以上方法可獲得細晶組織，但由于熔體對成分的敏感性，原子團簇的加入將可能影響合金的性能，且不同的合金需要加入不同的原子團簇，應用受到了限制。

中國專利局2005年3月23日公布了（公開號：CN1598005）名稱為“一種深過冷熔體制備塊體納米晶合金的方法”的發(fā)明申請專利，實現(xiàn)了金屬試樣在先凝固玻璃包裹下慢速冷卻達到深過冷而后快速凝固，或用惰性氣體將合金熔體吹入冷卻介質(zhì)強制冷卻的金屬模中，快速凝固獲得塊體納米晶合金異形件只能停留在理論研究階段，工業(yè)化應用受到鑄錠尺寸的限制。

美國P.C.C公司從順序凝固技術發(fā)展起來了一種熱控凝固(TCS)技術，它使得鑄件的凝固界面順序推進，從而使所澆鑄件獲得致密的組織和得到好的充型性。原理是熔體放在外面有加熱設備的模殼中，熔體下部與銅盤接觸，銅盤下部為可以旋轉的冷卻托盤。當熔體隨銅盤向下運動時，在加熱設備外部的熔體可以瞬間結晶，而在加熱設備內(nèi)部熔體狀態(tài)依然是完全液相，可以隨著托盤邊運動邊凝固。但這種工藝只能針對薄壁件，厚達鑄件不能使用該方法。

上述傳統(tǒng)獲得過冷熔體方法的研究主要集中在深過冷以及小體積過冷熔體，而真正獲得公斤級過冷熔體，且整個熔體處于過冷狀態(tài)鮮有報道。因為獲得小體積過冷熔體或者深過冷通常采用高頻感應加熱，該加熱方式因為電磁攪拌作用而引起熔體的振動；當熔體緩慢冷卻到熔點以下時振動極易造成形核，在深過冷條件下此現(xiàn)象尤為嚴重，為了獲得深過冷熔體，傳統(tǒng)的解決辦法是在熔點以上關電快冷，這對小質(zhì)量熔體（質(zhì)量為幾克到幾十克）是可以接受的。但當熔體質(zhì)量增大到公斤級別時，由于散熱的限制，形核前的熔體將不能近似為等溫熔體，實際的熔體并未達到整體深過冷，即熔體表面與內(nèi)部過冷度的不一致，不能得到整體過冷熔體。

綜上所述，針對高溫合金，希望開發(fā)出一種可以獲得整體熔體均處于過冷狀態(tài)的控溫方法，而公斤級整體過冷熔體的獲得是細晶凝固方法的關鍵過程。“一種公斤級過冷熔體的制備方法”可以獲得宏觀上溫度場均勻性較好、微觀上熔體結構均勻性較好，體積較大且處于整體過冷狀態(tài)的熔體。過冷熔體還具有以下特點：流動性較好、固相率非常低（遠低于0.2%）。針對高溫合金，經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，尚未發(fā)現(xiàn)通過精確控溫方法而獲得公斤級過冷熔體的公開報道，也未有相應的專利公布。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術中存在的當熔體質(zhì)量增大到公斤級別時，熔體表面與內(nèi)部過冷度的不一致，不能得到整體過冷熔體的不足，本發(fā)明提出了一種獲得公斤級高溫合金過冷熔體的制備方法。

本發(fā)明的具體步驟是：

步驟一，感應電源頻率的選擇。通過導體電阻率ρ、導體磁導率μ，根據(jù)公式（1）和公式（2），確定電源頻率f。

△H=d/n，??????（1）

式中，n為常數(shù)。根據(jù)公式（1）確定中頻感應電源的電流滲透深度△H。