[發(fā)明專利]利用離心澆鑄高通量制備樣品的設備及方法

有效

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• 申請日: 2017-02-10
• 公開（公告）號: CN106984788B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發(fā)明（設計）人: 宋長江;李勇;何維;楊洋;段煉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學
• 主分類號: B22D13/10
• 分類號: B22D13/10;B22D13/12
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發(fā)明公開了一種具有階梯形結(jié)構(gòu)型腔的模具、模具組合、高通量制備寬冷速范圍樣品的裝置和方法，料錠由送料裝置控制，在熔煉過程中逐一進入受熱區(qū)域融化，導流器出口在模具入口處進行位置切換，組合模塊鑲嵌在模具入口處組成多導熱系數(shù)模具組合，模具內(nèi)部成階梯狀結(jié)構(gòu)，平臺固定模具并能旋轉(zhuǎn)提供離心力，氣氛控制裝置控制澆鑄氣氛。本發(fā)明利用多厚度和多導熱系數(shù)模具組合、送料裝置與導流器運動系統(tǒng)的配合，能連續(xù)熔化多塊料錠，完成充型并實現(xiàn)從10^?2~10⁶K/s變化的大范圍寬冷速，能在一次實驗研究多成分、不同冷速下樣品組織與性能的演變，能大幅減少實驗次數(shù)和時間，快速優(yōu)化或篩選合金成分和工藝參數(shù)，極大地提高實驗和研究的效率。

技術領域

本發(fā)明涉及一種制備樣品的設備及方法，特別是涉及一種利用離心澆鑄高通量制備樣品的設備及方法，應用于金屬材料的制備和金屬材料成分優(yōu)化控制和金屬材料的凝固控制技術領域。

背景技術

金屬作為當代人類物質(zhì)文明的奠基材料，由于其具有良好的導電導熱，耐候耐蝕性能，較高的強度硬度，優(yōu)良的塑性韌性，此外它還可鑄造、沖壓、焊接，成型性能優(yōu)異，故被人們廣泛的應用于機械，建筑，軌道交通，航空航天和醫(yī)療衛(wèi)生等各個領域，進而成為現(xiàn)代科學技術和工業(yè)中最重要的材料。

成分是影響金屬材料組織與性能最基本的因素。以Fe-Mn-Al-C體系輕質(zhì)鋼為例，Mn含量小于9％，Al含量為2-7％，C含量小于0.4％時，輕質(zhì)鋼組織多為鐵素體；當Mn含量大于15％，Al含量小于6％，C含量大于0.4％時，該輕質(zhì)鋼為單相奧氏體相。組織決定性能，因此研究多成分的金屬并優(yōu)化其成分設計是材料研發(fā)所必須的，但是由于成分復雜，成分優(yōu)化需要很大的工作量。

同時凝固是金屬材料的重要加工技術，它是從液態(tài)金屬獲得固態(tài)金屬的必經(jīng)過程，這一過程決定了得到的固態(tài)金屬的微觀結(jié)構(gòu)，組織形態(tài)，故直接影響金屬的一系列性能。因此，無論是傳統(tǒng)的模鑄還是已經(jīng)得到廣泛應用的連鑄，凝固過程的控制是否得當都直接關系到鑄件質(zhì)量的好壞。冷卻速度足夠慢，原子有充分的時間進行擴散，金屬凝固接近平衡凝固過程；冷卻速度足夠快，原子還未擴散至應到的點陣位置，液態(tài)金屬就已經(jīng)凝固成固態(tài)，而固相中原子的擴散極其有限，因此金屬凝固只能達到非平衡凝固。在實際的工藝過程中，往往需要研究不同冷速對金屬凝固組織和性能的影響。

因此，若能夠一次性獲得寬冷速范圍、多成分的樣品將極大地提高成分篩選、工藝優(yōu)化的效率，成為亟待解決的技術問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種具有階梯形結(jié)構(gòu)型腔的模具、模具組合、高通量制備寬冷速范圍樣品的裝置和方法，利用離心澆鑄高通量制備多成分寬冷速范圍樣品，其利用多厚度和多導熱系數(shù)模具組合以及送料裝置與導流器運動系統(tǒng)的配合，能連續(xù)熔化多成分的料錠，并完成充型并實現(xiàn)從10^-2～10⁶K/s變化的大范圍寬冷速，能在一次實驗研究多成分、不同冷速下樣品組織與性能的演變，能夠大幅度地減少實驗次數(shù)和時間，快速優(yōu)化或者篩選合金成分和工藝參數(shù)，極大地提高了實驗和研究的效率。

為達到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種具有階梯形結(jié)構(gòu)型腔的模具，模具內(nèi)部具有廣口結(jié)構(gòu)形式的型腔，型腔在深度方向上采用階梯狀收縮結(jié)構(gòu)，型腔的斷面尺寸向內(nèi)逐級收縮，使對應不同區(qū)段型腔的模具壁厚度逐級不同，利用其模鑄能得到具有分區(qū)段變截面的階梯狀凝固樣品，在位于模具入口處的模具內(nèi)壁上設有內(nèi)凹的安裝槽，在安裝槽嵌入式安裝與模具的材料不同的組合模塊，使位于模具入口處的模具內(nèi)壁區(qū)段形成導熱系數(shù)可調(diào)的復合模具壁。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，在模具入口處的內(nèi)壁上還設有卡槽，卡槽與安裝組合模塊的安裝槽在模具入口處的不同位置分別設置，將模具采用臥式安裝使用時，使卡槽所在的模具內(nèi)壁一側(cè)形成型腔底部，能通過在卡槽上嵌入式安裝連接導流塊，使待鑄造的熔體能沿著導流塊的導流表面通過模具入口，從而流入模具的型腔。