[發明專利]脈沖磁致振蕩和細化劑復合細化金屬凝固組織的方法有效

申請號：	201410444467.5	申請日：	2014-09-03
公開（公告）號：	CN104399951B	公開（公告）日：	2017-01-18
發明（設計）人：	翟啟杰;梁冬;梁柱元;孫杰;梁星;王翔;仲紅剛	申請（專利權）人：	上海大學
主分類號：	B22D27/02	分類號：	B22D27/02;B22D27/20
代理公司：	上海上大專利事務所(普通合伙)31205	代理人：	顧勇華
地址：	200444***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	脈沖振蕩細化復合金屬凝固組織方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于材料加工技術領域，特別涉及到一種脈沖磁致振蕩和細化劑復合細化金屬凝固組織的方法。?

背景技術

控制金屬材料的凝固組織是改善材料性能的重要手段之一，因而這一領域受到了國內外材料科學工作者的持續關注，特別是晶粒細化技術是在不犧牲塑性指標的前提下有效提高材料強度的唯一途徑。當前細化金屬凝固組織的方法主要有孕育處理、變質處理、微合金化和采用外場處理等。其中添加細化劑和外場處理對金屬凝固組織的影響十分顯著，這兩方面的研究已取得了巨大進展。?

工業上，晶粒細化劑被用來細化晶粒組織和控制鑄造金屬和合金的微結構已有很長歷史。向在鑄造過程中的熔融金屬或合金加入晶粒細化劑能提高等軸晶比率，降低等軸晶的尺寸，改善材料的機械性能，如得到更高的屈服強度和韌性。但是根據大量的文獻和實際生產的資料，添加細化劑這一技術有一定的缺陷，如會在一定程度上帶入雜質元素，使鑄件形成新的夾雜，造成新的偏析等，特別是在添加過多細化劑的情況下。并且在某些具體情況下細化效果很不理想，如據德國KBM公司統計，當鋁合金中Al-5Ti-B細化劑的加入量為2公斤/噸時，晶粒僅能細化到274-295微米，且還存在作用時間短，容易失效和影響鋁箔表面質量等問題，且不能細化含Zr的鋁合金。?

外場處理方法是指在金屬的凝固過程中施加特定的物理場（比如超聲波，電流和磁場等），利用外場和熔化金屬間的相互作用，達到細化晶粒、改善偏析等效果。現有外場處理金屬凝固組織的技術中，中國專利200510030736.4公開了一種“磁致振蕩細化金屬凝固組織的方法及其裝置”，該發明方法通過特殊設計的電路及螺線管形感應線圈構成的振蕩發生裝置，導入脈沖磁場，在置于感應線圈中的金屬熔體固液界面而非整個熔體內產生磁致振蕩，對金屬凝固過程產生作用直至凝固。該專利的實施例顯示此細晶方法可顯著改變凝固組織形態，細化晶粒組織，并消除比重偏析，工業化應用前景樂觀，近年來得到了廣泛的關注。但是雖在實際應用中此項工藝能使鋁合金等有色金屬材料明顯細化，但效果還不夠理想甚至還達不到僅僅加細化劑的細晶程度，因為僅僅靠物理的手段往往不能像化學手段那樣從根本上改變物質的屬性。?

綜上所述，細化劑雖然能夠有效細化金屬凝固組織，但有作用時間短和容易失效等缺點，僅使用脈沖磁致振蕩存在對某些特殊合金細化效果不夠理想的局限性，而兩者復合方法的細化效果超過了其中單一方法，對凝固組織的改善更加徹底，具有進一步細化金屬晶粒、均勻化凝固組織、改善偏析等顯著效果，在鋁合金等領域具有更良好的應用前景。?

發明內容

本發明的目的是提供一種脈沖磁致振蕩和細化劑復合細化金屬凝固組織的方法，將物理場和化學處理的方法相結合，達到更加顯著的細晶效果，更好地改善金屬凝固組織，減少了細化劑用量，減輕了其負面影響，且具有工藝簡單、操作方便和成本低廉的優點。?

為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案：?

一種脈沖磁致振蕩和細化劑復合細化金屬凝固組織的方法，其特征在于：在熔化狀態的金屬中添加細化劑，并在凝固過程中施加脈沖磁致振蕩至其完全凝固。

本發明所述的脈沖磁致振蕩和細化劑復合細化金屬凝固組織的方法，包括以下具體步驟：?

(1)將鑄型中的金屬加熱至熔化；

(2)將細化劑加入到金屬熔體中，攪拌并靜置保溫；

(3)通過螺線管形線圈對其施加脈沖磁致振蕩處理，直至熔體完全凝固，獲得細化的金屬凝固組織。

所述步驟（2）中，加入的細化劑可以是常溫的，也可以事先經過預熱。?

所述步驟（3）中，脈沖磁致振蕩的參數為：峰值電流為10—20000A，脈沖寬度為70μs—5ms，實際作用頻率為0.01—2kHz。?

本發明結合了外場處理和添加細化劑兩種細晶方法，具有以下優點：?

（1）????相比脈沖磁致振蕩和添加細化劑的單一方法，此復合細晶方法能使晶粒尺寸進一步降低，均勻性進一步提高。