[發明專利]連續鑄造制備高取向均勻細晶組織的方法及制備裝置

無效

• 申請號: 201310443606.8
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN103464706A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 李喜;杜大帆;侯龍;李曉龍;王科峰;李秋燕
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B22D11/115
• 分類號: B22D11/115;B22D11/11
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種連續鑄造制備高取向均勻細晶組織的方法，其特征在于：

a.?對結晶器內金屬熔體施加梯度磁場：利用強磁體裝置產生穩恒的梯度磁場，通過調節強磁體裝置相對于結晶器的位置來獲得不同磁場梯度，所施加磁場強度B的大小控制在0~14T范圍內連續可調，根據不同的熔體形成的晶核種類不同，對應采用所需要的梯度磁場，并將梯度磁場強度因子???????????????????????????????????????????????的大小控制在0～150?T²/m范圍內，其中梯度磁場強度因子為磁場強度B與磁場梯度的乘積，z為距離磁場中心的距離；

b.?對結晶器內金屬熔體施加交變電場：在梯度磁場處的結晶器內插入石墨電極，并通入可以調節電流大小和頻率的交流電，在梯度磁場下復合交變電場，使結晶器內的金屬熔體處于交變的電場之內，所采用的交流電強度I的范圍為0~10000A，交流電頻率為10~10000Hz；

c.?對結晶器內金屬熔體的外場復合作用：通過施加的交流電和外加的穩恒磁場實現電磁振蕩作用，增加形核數量，同時結合梯度磁場的磁化力作用促使晶核均勻分布于金屬熔體中；

d.?形成高取向均勻細晶組織：晶核在金屬熔體中向下運動的過程中受到磁取向作用，最終形成高取向的細晶組織的金屬材料，晶粒細化作用程度隨磁場強度B和電流強度I乘積增大而增加。

2.根據權利要求1所述的連續鑄造制備高取向均勻細晶組織的方法，其特征在于：金屬熔體為純鋁液或鋁合金熔體，在結晶器內插入電極處的鋁合金熔溫度為650~700℃，所施加的磁場強度B的大小控制在0.5~6T范圍內連續可調，形成均勻細晶組織所需要的梯度磁場強度因子的范圍控制在0.95~150?T²/m范圍內，采用的交流電強度I的范圍為1.6~20?A，交流電頻率為50Hz。

3.根據權利要求2所述的連續鑄造制備高取向均勻細晶組織的方法，其特征在于：形成均勻細晶組織所需要的梯度磁場強度因子的范圍控制在8.5~16.2?T²/m范圍內。

4.根據權利要求1～3中任意一項所述的連續鑄造制備高取向均勻細晶組織的方法，其特征在于：在設定過冷度條件下，使形核率N增加，使金屬凝固組織的晶粒細化。

5.一種實施權利要求1～3中任意一項所述的連續鑄造制備高取向均勻細晶組織的方法的制備裝置，主要包括中間包（1）、水口（4）、結晶器（5）、牽引軋輥（8）、外加磁場施加裝置和外加電場施加裝置，所述中間包（1）內的金屬熔體通過所述水口（4）澆注進入所述結晶器（5）內腔中，所述牽引軋輥（8）將凝固的鑄坯（7）從所述結晶器（5）的前端拉出，其特征在于：所述外加磁場施加裝置采用設置于所述結晶器（5）外部的穩恒磁體（6），利用所述穩恒磁體（6）產生穩恒的梯度磁場，通過調節穩恒磁體（6）相對于所述結晶器（5）內的金屬熔體的位置獲得對應的所需磁場梯度，并在所述穩恒磁體（6）和所述結晶器（5）外側之間設置水冷套，所述外加電場施加裝置采用石墨電極（3），將所述石墨電極（3）插入梯度磁場處的所述結晶器（5）內的金屬熔體內，置于所述結晶器（5）外部的交流電源（2）與所述石墨電極（3）電連接，并向所述結晶器（5）內的金屬熔體內通入可以調節電流大小和頻率的交流電流，通過穩恒的梯度磁場和交變的電場，使所述結晶器（5）內的金屬熔體形成高取向均勻細晶鑄坯組織。

6.根據權利要求5所述的制備裝置，其特征在于：在所述結晶器（5）外部還設有過冷裝置，通過控制所述過冷裝置使所述結晶器（5）內的金屬熔體處于設定的過冷度條件下。