[實用新型]一種高頻磁場與脈沖電流協同細化金屬凝固組織的裝置

有效

• 申請號: 201520653459.1
• 申請日: 2015-08-27
• 公開（公告）號: CN204975280U
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發明（設計）人: 周榮鋒;康明遠;曹良桂;蔣業華;周榮
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B22D27/02
• 分類號: B22D27/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種高頻磁場與脈沖電流協同細化金屬凝固組織的裝置，屬于材料科學技術領域。

背景技術

高頻感應加熱設備的環形感應線圈中通過一定頻率的交流電時，在感應線圈周圍將產生與電流頻率相同的交變磁場。感應圈內的金屬件在交變磁場的作用下，會產生與感應圈內所通電流頻率相同而方向相反的感應電流。感應電流在金屬件上形成封閉回路，使電能轉變成熱能，使金屬件熔化。

由于電流的磁效應，在金屬熔體中會產生高頻交變磁場，交變電流和交變磁場使金屬熔體受到電磁攪拌的作用，使熔體受到高頻的瞬時沖擊，這種效應使折斷甚至破碎生長中的樹枝晶，還可以使熔體快速失去過熱，提高形核率。

自1984年印度學者A.K.Misra發現對Pb-Sb-Sn三元合金凝固過程中施加電流，發現凝固后組織得到了細化且分布均勻后，脈沖細化合金組織的研究得到了很大的發展，也得到了廣泛的關注。脈沖電流細化金屬凝固組織的作用機理主要有以下幾個方面：起伏效應、趨膚效應、電遷移效應、Joule效應、Peltier效應等。

傳統的脈沖電流處理金屬凝固組織方式是通過將試樣在管式電阻爐中加熱，使試樣熔化后再通入脈沖電流。但這種方式加熱時間長、試樣氧化嚴重。

本實用新型為了解決上述問題，提供了一種高頻磁場與脈沖電流協同細化金屬凝固組織的方法及裝置。該方法通過高頻感應加熱裝置使金屬件快速熔化，使用紅外測溫儀實時監測金屬熔體的溫度，脈沖發生裝置產生高壓脈沖，通過高頻磁場與脈沖電流相結合的方式，達到細化金屬凝固組織、提高材料性能的目的。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種高頻磁場與脈沖電流協同細化金屬凝固組織的裝置，實現金屬件的快速加熱，通過高頻磁場與高壓脈沖電流方法相結合，增強金屬熔體的細化效果。該裝置包括高頻感應加熱設備1、冷卻循環水箱2、環形感應線圈3、上電極5、耐熱陶瓷管6、水玻璃砂7、補償導線I8、脈沖發生裝置9、紅外測溫儀10、支架11、下電極14、補償導線II15，紅外測溫儀10安裝在支架11上，上電極5通過耐熱陶瓷管6伸入金屬熔體4中，上電極5、下電極14分別通過補償導線I8、補償導線II15與脈沖發生裝置9連接，耐熱陶瓷管6底端通過水玻璃砂7密封，高頻感應加熱設備1伸出的環形感應線圈3纏繞耐熱陶瓷管6，冷卻循環水箱2中裝有冷卻水12，冷卻水1通入環形感應線圈3中。

本實用新型所述的高頻感應加熱設備1的環形感應線圈3將耐熱陶瓷管6與金屬熔體4圍繞起來，可以實現加熱與溫度控制、對金屬熔體4施加高頻磁場，高頻感應加熱設備1逆變頻率為20-60KHz，最大功率為25KW，通過輸出電壓旋鈕13調節功率，以達到加熱、保溫或控制冷速的作用。

本實用新型所述的紅外測溫儀10探測口對準耐熱陶瓷管6端口，直接探測金屬熔體4的溫度。

本實用新型所述脈沖發生裝置9通過補償導線I8、上電極5與補償導線II15、下電極14連接金屬熔體4。

本實用新型所述裝置的使用過程：開啟高頻感應加熱設備1，調節輸出電壓旋鈕13，使高頻感應加熱設備1通過環形感應線圈3進行加熱，冷卻循環水箱2中的冷卻水12通入環形感應線圈3中，防止環形感應線圈3過熱，熔煉出金屬熔體4，用紅外測溫儀10測量金屬熔體4的溫度；達到設定溫度后，調節輸出電壓旋鈕13，減小輸出功率，使金屬熔體4得到保溫或達到設定的冷卻速度；將上電極5通過耐熱陶瓷管6上的開孔伸入至金屬熔體4中，開啟脈沖發生裝置9，對金屬熔體4施加一定參數的脈沖電流；脈沖結束后，將輸出電壓旋鈕13調至最小，關閉高頻感應加熱設備1，以達到細化、均勻化組織與晶粒的效果。

本實用新型的有益效果：

（1）本實用新型所述裝置通過高頻感應磁場與高壓脈沖電流方法相結合，增強金屬熔體的細化效果；

（2）本實用新型所述裝置可迅速提高金屬加熱溫度，大幅度提高使用效率；

（3）本實用新型所述裝置可控制金屬熔體的冷卻速度，使金屬熔體在設定的冷

卻速度下通入高壓脈沖電流，細化、均勻化組織晶粒，提高材料性能；

（4）本實用新型所述裝置結構簡單，便于操作與維護，熱輻射小，勞動條件好，可適應大規模生產的要求。

附圖說明

圖1是本實用新型所述裝置的結構示意圖。