[發明專利]脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩復合細化金屬凝固組織方法

無效

• 申請號: 201310655329.7
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103658609A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 翟啟杰;李祺欣;張志臣;徐智帥;梁柱元;梁冬;龔永勇;李仁興
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B22D27/02
• 分類號: B22D27/02
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明屬于晶粒細化技術領域，涉及一種脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩復合細化金屬凝固組織方法。

背景技術

脈沖磁致振蕩凝固細晶技術是由上海大學翟啟杰、龔永勇等人提出的。脈沖磁致振蕩技術利用脈沖電流的趨膚效應，在金屬熔體表面施加脈沖磁場，并于熔體表面感應出脈沖電流。在熔體表面，脈沖電磁場的相互作用可以產生脈沖電磁力。脈沖電磁力引起熔體表層的強烈振蕩，并利用隨之產生的機械振動使型壁處產生的晶核不斷的生成、脫落，也就是振蕩在熔體內部引起的結晶雨現象。脈沖電流是脈沖電磁場的另一種施加方式，脈沖電流作用下的金屬凝固已成為國內外凝固科學和新材料制備技術領域的國內外研究熱點。

由于近年來鑄錠尺寸的增大，單一的脈沖磁致振蕩技術和脈沖電流技術在細化大型鑄錠的凝固組織時，電源參數越來越大，耗能也隨之增大。而脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩復合細化金屬凝固組織則可以解決這個問題。此項技術通過增大金屬凝固時的形核區域，達到降低能耗的作用。

發明內容

本發明的目的是提供一種脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩復合處理細化金屬凝固組織，解決了現有技術中存在的問題。

由于脈沖電流是通過激發熔體形核，從而形成結晶雨來細化金屬凝固組織，但是液面處則沒有晶核形成。加入液面脈沖磁致振蕩后可以使形核區域增加，可以更好的細化金屬凝固組織。經計算，本發明可將處理區域面積增加4-16倍。

本發明通過將兩個電極嵌入在金屬凝固成形用的鑄型上兩側，在鑄型液面上方放置另一非接觸多式層線圈，使脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩可以分別作用在熔體內部和表面。本發明可以在熔體內部和液面處均產生強效的電磁力振蕩，促使在液面處和型壁處同時產生晶核，增大了形核區域；并能輕易的振碎枝晶并且振落型壁晶核從而促進“結晶雨”的形成，充分細化金屬凝固組織。

一種脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩復合細化金屬凝固組織方法，該方法具有以下工藝過程：將兩個電極平行嵌入鑄型的型壁兩側，電極與鑄型絕緣；將金屬熔體澆注到鑄型中后將非接觸式多層線圈置于金屬液面上方，進行脈沖電流和脈沖磁致液面振蕩復合處理。

所述脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩復合細化金屬凝固組織方法，金屬凝固時，向金屬熔體施加電磁場的裝置有兩個，一個是在金屬熔體內部，另一個在金屬熔體外部。

所述脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩復合細化金屬凝固組織方法，脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩復合細化金屬凝固組織的參數為：脈沖電流峰值10~30000A，脈沖寬度為10μs~100ms；脈沖頻率為：0.01Hz~4KHz。

所述脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩復合細化金屬凝固組織方法，脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩復合處理的電極斷面尺寸為5~4×10⁴mm²。非接觸式多層線圈匝數為3~100，層數為1~3層。非接觸式多層線圈距離金屬熔體自由液面高度為1mm～200mm。

脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩對金屬熔體進行復合處理的時候，非接觸式多層線圈與電極可以采用三種連接方式，分別為非接觸式多層線圈與電極并聯，然后與一臺脈沖電源連接；非接觸式多層線圈與電極串聯，然后與一臺脈沖電源連接；非接觸式多層線圈與電極分別連接一個脈沖電源。液面脈沖磁致振蕩技術與脈沖電流兩種技術對金屬熔體處理時有效作用區域并無交界，所以對于非接觸式多層線圈與電極的連接方式從本質上是相同的。

本發明的有益效果是：

（1）脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩復合細化金屬凝固組織技術，同單一的脈沖電流、單一的液面脈沖磁致振蕩相比，可以在熔體內部和液面處均產生強效的電磁力振蕩，促使在液面處和型壁處同時產生晶核，增大了形核區域，有效處理面積可較單一脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩處理時增加4-16倍，金屬凝固組織得到細化效果。

（2）本發明裝備價格低廉，操作簡單安全，可用于模鑄金屬凝固組織細化控制，且拆裝方便。

附圖說明

圖1是非接觸式多層線圈與電極串聯，然后與一臺脈沖電源連接，脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩組合細化金屬凝固組織示意圖。

其中標號：1為非接觸式多層線圈，2為電極，3為金屬熔體，4為鑄型。

圖2是非接觸式多層線圈與電極并聯，然后與一臺脈沖電源連接，脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩組合細化金屬凝固組織示意圖。

圖3是非接觸式多層線圈與電極分別連接一個脈沖電源，脈沖電流和液面脈沖磁致振蕩組合細化金屬凝固組織示意圖。