[發明專利]一種無卷氣鐵-石墨熔體的高效攪拌方法及裝置

在審

• 申請號: 201810010263.9
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN107983245A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 張鵬;張偉一;杜云慧;王玉潔
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: B01F13/08
• 分類號: B01F13/08;F27D27/00;C22C33/04
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙)11392
• 代理人: 謝建玲,郝亮

技術領域

本發明屬于冶金、鑄造等材料加工研究領域，特別涉及一種無卷氣鐵-石墨熔體的高效攪拌方法及裝置。

背景技術

在冶金、鑄造等材料加工研究領域中，常常需要對各種熔體進行攪拌，比如金屬半固態漿料、添加顆粒熔體的攪拌等等，目的是使熔體的溫度、成分、組織等均勻化。攪拌效率通常取決于攪拌強度，攪拌強度越大，形成的剪切和紊流越強，熔體實現溫度、成分、組織等均勻化的攪拌時間就越短，攪拌效率越高。然而，強烈的攪拌會導致熔體的卷氣問題，極易造成高溫熔體氧化、形成夾雜組織等，即便采用保護性氣氛，卷氣也會使熔體中散布氣孔，導致材料性能惡化，可見，卷氣問題束縛了熔體的攪拌強度，降低了攪拌效率。鐵-石墨復合材料含有15wt％左右的銅和3wt％左右的石墨顆粒，兼有鐵基體的延展能力強、導熱性能好和石墨顆粒的潤滑性能好尤其是高溫潤滑性能好、耐電弧燒蝕能力強等優點，是制備高溫摩擦零件、電接觸零件、機械零件的理想材料。由于石墨的熔點3652℃高于鐵的熔點1538℃，因此石墨在鐵液體中是以固態顆粒的形式存在的，另外，由于鐵的密度7.0～7.9g/cm³大于石墨的密度1.9～2.2g/cm³，所以石墨顆粒在鐵-石墨熔體中容易發生上浮，因此，要想高效率地制備石墨顆粒均勻分布的鐵-石墨熔體進而得到高性能的鐵-石墨復合材料，就必須加大對熔體的攪拌強度，這樣卷氣問題就更加突出了。授權公告號CN105436436B、授權公告號CN 103307900B等發明專利通過“收窄攪拌腔內的熔體液面”、“設置熔體擾動隔離器”等方法來阻隔攪動向熔體液面傳遞、避免熔體卷氣。本發明從熔體與氣體完全隔絕的角度出發，進行熔體攪拌方面的創造發明，擺脫了卷氣對攪拌強度和攪拌效率的束縛，可高效率地制備無卷氣的石墨顆粒均勻分布的鐵-石墨熔體。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，鐵-石墨熔體攪拌中存在的卷氣和攪拌效率低問題，提供一種無卷氣鐵-石墨熔體的高效攪拌方法及裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

采用內壁布有直葉片的變體積石墨坩堝與高速電磁攪拌相結合方式對鐵-石墨熔體進行攪拌；利用變體積石墨坩堝，通過減小石墨坩堝的體積，排空石墨坩堝中熔體上部的全部氣體，并且在熔體與外界氣體完全隔絕的條件下，即沒有氣體源的條件下，進行熔體的攪拌，進而從根源上避免熔體卷氣；利用高速電磁攪拌，在無卷氣束縛的情況下，使鐵-石墨熔體產生周向高速攪拌運動，利用石墨坩堝內壁上的直葉片，不斷地將內部的鐵-石墨熔體移到周圍、將上部的鐵-石墨熔體移到下部，進而阻止石墨顆粒的上浮和中央偏聚運動，從而高效率地得到無卷氣的石墨顆粒均勻分布的鐵-石墨熔體。

本發明的有益效果是：利用本發明，對鐵-石墨熔體進行攪拌，可以直接制備出無卷氣、石墨顆粒分布均勻的鐵-石墨熔體，攪拌時間可縮短到2分鐘，攪拌效率比CN102114394A專利公開的8分鐘提高了300％，解決了鐵-石墨熔體攪拌中存在的卷氣和攪拌效率低技術問題。

附圖說明

圖1為本發明方法攪拌鐵-石墨熔體裝置的主視圖。

圖中，石墨坩堝2，直葉片3，加熱管4，冷卻管5，鐵-石墨熔體6，堵塞7，外罩8，底架9，體積調整頭10，熱電偶11，圓錐形放氣口12，封塞13，緊固螺釘14，彈簧15，軸瓦16，止推軸承17，電機18，傳動機構19，導向板20，連接滑板21，緩沖彈簧22，連接螺桿23，導向槽24，齒條25，電機26，傳動機構27，支架28。

圖2為本發明方法攪拌鐵-石墨熔體裝置的A-A視圖。

圖中，電磁極對1。

圖3為本發明方法攪拌鐵-石墨熔體裝置的B-B視圖。

圖4為本發明方法攪拌鐵-石墨熔體裝置的C-C視圖。

圖5為本發明方法攪拌鐵-石墨熔體裝置的D-D局部視圖。

圖6為本發明方法攪拌鐵-石墨熔體裝置的E-E局部視圖。

圖7為本發明方法攪拌的鐵-石墨熔體的水淬微觀組織。

具體實施方式

結合附圖對本發明方法攪拌鐵-石墨熔體裝置的具體說明如下：

如圖1-圖4所示，無卷氣鐵-石墨熔體的高效攪拌裝置主要由高速電磁攪拌裝置、石墨坩堝2及其體積調整裝置與上下移動裝置、熱電偶11、堵塞7及底架9構成。

如圖1、圖2、圖4所示，高速電磁攪拌裝置的三對電磁極對1均布在石墨坩堝2周圍，與石墨坩堝2外壁之間的距離為5mm，電磁極對1外側加外罩8。