[發(fā)明專利]一種輕合金熔體磁致振動(dòng)凝固的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610751557.8
• 申請(qǐng)日: 2016-08-29
• 公開（公告）號(hào): CN106282869B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樂(lè)啟熾;張志強(qiáng);胡文義;柏媛媛;寶磊;崔建忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): C22F3/02
• 分類號(hào): C22F3/02
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司21109
• 代理人: 劉曉嵐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于輕合金熔體處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種輕合金熔體磁致振動(dòng)凝固的裝置及方法。

背景技術(shù)

振動(dòng)是改變金屬凝固行為的十分有效的方法。如凝固時(shí)，施加機(jī)械振動(dòng)、氣動(dòng)式振動(dòng)、電磁式振動(dòng)及超聲波式振動(dòng)等，均對(duì)凝固過(guò)程中合金的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、濃度場(chǎng)以及形核和長(zhǎng)大等凝固行為產(chǎn)生影響。其中機(jī)械振動(dòng)對(duì)改變金屬凝固行為具有十分顯著的效果，是金屬振動(dòng)凝固中最常用的方法之一。采用合理的機(jī)械振動(dòng)機(jī)制處理合金熔體，對(duì)細(xì)化晶粒、抑制枝晶和抑制合金元素偏析有顯著效果，能極大提高鑄錠質(zhì)量。

早在20世紀(jì)初期，Sokolov將施加于金屬凝固過(guò)程中的機(jī)械振動(dòng)作為一項(xiàng)晶粒細(xì)化技術(shù)提出。20世紀(jì)中期，日本大野篤美經(jīng)過(guò)研究認(rèn)為：振動(dòng)將會(huì)產(chǎn)生液面擾動(dòng)，從而加快了凝固初期型壁上晶粒的游離，增加金屬液中晶核數(shù)量，從而使晶粒得以細(xì)化。機(jī)械振動(dòng)鑄造對(duì)細(xì)化晶粒、均勻組織、凈化熔體、增強(qiáng)補(bǔ)縮、增加致密度、提高材料力學(xué)性能等都有顯著效果。但在振動(dòng)鑄造中必須針對(duì)不同合金采用合理的振動(dòng)制度。若振動(dòng)所選取的頻率、振幅不當(dāng)，則會(huì)導(dǎo)致合金偏析嚴(yán)重、凝固組織惡化。而目前的機(jī)械振動(dòng)裝置頻率可調(diào)范圍普遍較小，且不利于操作，導(dǎo)致機(jī)械振動(dòng)不能很好地應(yīng)用于輕合金鑄錠的生產(chǎn)中。

本發(fā)明采用磁致振動(dòng)的方式使振動(dòng)桿振動(dòng)強(qiáng)度和頻率方便易調(diào)，便于針對(duì)不同種類、牌號(hào)的合金鑄造過(guò)程中選用適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)機(jī)制來(lái)提高鑄件的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)鎂、鋁等輕合金凝固過(guò)程中易于出現(xiàn)成分偏析、晶粒組織粗大且不均等問(wèn)題。本發(fā)明提供一種輕合金熔體磁致振動(dòng)凝固的裝置及方法。該裝置采用磁致振動(dòng)方式，改變了輕合金熔體凝固行為。該方法利用磁致振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)合金熔體處理中的外場(chǎng)作用，改變合金的凝固行為。具體過(guò)程是通入交流電的勵(lì)磁線圈產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，振動(dòng)桿受到磁場(chǎng)力的作用而振動(dòng)。在輕合金熔體處理過(guò)程中，將振動(dòng)桿伸入輕合金熔體中，磁致振動(dòng)的機(jī)械波通過(guò)振動(dòng)桿被導(dǎo)入輕合金熔體，進(jìn)而改變合金凝固行為。

本發(fā)明的一種輕合金熔體磁致振動(dòng)凝固的裝置，包括振動(dòng)桿、固定架蓋板和感應(yīng)磁場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)；所述的振動(dòng)桿固定于固定架蓋板的中心位置，振動(dòng)桿的周向外側(cè)設(shè)置有感應(yīng)磁場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)，振動(dòng)桿通過(guò)感應(yīng)磁場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)提供振動(dòng)驅(qū)動(dòng)力。

所述的固定架蓋板以下的振動(dòng)桿的周向設(shè)置有感應(yīng)磁場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)。

所述的振動(dòng)桿為階梯桿，階梯桿細(xì)端穿過(guò)固定架蓋板，固定架蓋板上部的階梯桿細(xì)端設(shè)置有彈簧壓片，在彈簧壓片與固定架蓋板之間設(shè)置有彈簧；階梯桿粗端的階梯臺(tái)緊鄰固定架蓋板下表面。

所述的彈簧壓片為2～3片。

所述的振動(dòng)桿把磁致振動(dòng)導(dǎo)入輕合金熔體。

所述的振動(dòng)桿的上端設(shè)置有永久磁鐵，振動(dòng)桿的永久磁鐵端吊接在固定架蓋板的下表面。

所述的帶有永久磁鐵的振動(dòng)桿的上端設(shè)置有法蘭盤結(jié)構(gòu)，帶有永久磁鐵的振動(dòng)桿通過(guò)螺栓固定于固定架蓋板的下表面，帶有永久磁鐵的振動(dòng)桿和固定架蓋板之間設(shè)置有橡膠墊片，且螺栓對(duì)應(yīng)固定架蓋板的部分為螺紋結(jié)構(gòu)，螺栓對(duì)應(yīng)橡膠墊片和振動(dòng)桿部分為光桿。

所述的永久磁鐵為固定式永久磁鐵。

所述的永久磁鐵能夠增加振動(dòng)桿的振幅。

所述的振動(dòng)桿采用分體式結(jié)構(gòu)，分為振動(dòng)桿上桿和振動(dòng)桿下桿，振動(dòng)桿上桿和振動(dòng)桿下桿之間通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)或固定銷連接。

所述的感應(yīng)磁場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)與振動(dòng)桿上部靠近，以使感應(yīng)磁場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)充分發(fā)揮作用。

所述的感應(yīng)磁場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)為勵(lì)磁線圈。

所述的感應(yīng)磁場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)配裝有冷卻系統(tǒng)，冷卻方式有兩種：

第一種，采用中空的勵(lì)磁線圈，冷卻水加入勵(lì)磁線圈的中空管道內(nèi)，進(jìn)行冷卻；

第二種，將勵(lì)磁線圈置于冷卻水腔中，向冷卻水腔中通入冷卻水，對(duì)勵(lì)磁線圈進(jìn)行冷卻；

感應(yīng)磁場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)的作用是對(duì)勵(lì)磁線圈進(jìn)行降溫。

所述的感應(yīng)磁場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)通過(guò)裝置外殼固定于固定架蓋板上。

所述的裝置外殼通過(guò)連接螺桿與固定架蓋板連接。

所述的振動(dòng)桿材質(zhì)為低碳鋼、石墨或鈦合金中的一種。

所述的振動(dòng)桿材質(zhì)根據(jù)處理的輕合金熔體的不同而有區(qū)別，其中，當(dāng)輕合金為鎂合金時(shí)，振動(dòng)桿的材料為低碳鋼，其含碳量在0.1～0.8％；當(dāng)輕合金為鋁合金時(shí)，振動(dòng)桿的材料為石墨或鈦合金中的一種。

在使用時(shí)，整個(gè)輕合金熔體磁致振動(dòng)凝固的裝置通過(guò)振動(dòng)桿的上端或固定架蓋板與升降裝置相連接。

所述的升降裝置可以控制振動(dòng)桿的升降幅度，用來(lái)調(diào)節(jié)振動(dòng)桿伸入輕合金熔體的深度。

所述的升降裝置由步進(jìn)電機(jī)控制。