[發明專利]一種差相位脈沖磁場電磁連鑄方法

有效

• 申請號: 201810270280.6
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108465792B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 樂啟熾;賈永輝;陳星瑞;程春龍;寶磊;趙大志
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B22D11/115
• 分類號: B22D11/115
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種差相位脈沖磁場電磁連鑄方法，在水平連續鑄造、立式連續鑄造或半連續鑄造過程中，在結晶器內沿鑄錠軸向設置2n個勵磁線圈；各勵磁線圈分為兩組；采用差相位脈沖磁場電源系統，輸出兩組方波脈沖電壓和鋸齒狀脈沖電流分別作用于兩組勵磁線圈，作用于金屬熔體和金屬的糊狀區域，產生兩組電磁脈沖信號的相位角差為90°，在金屬熔體和金屬的糊狀區域中構成差相位行波磁場。本發明的方法能夠適應不同形狀和幾何尺寸的鑄錠制備；使生產的產品合金元素偏析大大降低，晶粒尺寸大幅減小，力學性能和成品率顯著提高。

技術領域

本發明屬于金屬材料加工領域，特別涉及一種差相位脈沖磁場電磁連鑄方法。

技術背景

立式及水平連鑄技術作為金屬及合金錠坯的主要制備方法，具有生產效率高，鑄造成本低，操作簡單等優點；但材料鑄造過程中，鑄坯內外金屬液冷卻速率不同，外部金屬液冷卻快于內部金屬液而先凝固，鑄坯心部容易出現組織疏松；此外，對于大規格寬厚比較大的鑄坯，凝固時內外溫差較大，容易造成鑄錠心部晶粒粗大，出現嚴重的宏觀及微觀偏析，容易產生裂紋等缺陷，極大降低了材料的力學性能和變形能力；因此，在金屬坯料制備過程中改變鑄錠凝固溫度場，減小凝過程中鑄錠內外溫差，使凝固組織細化、均勻，減小凝固過程中應力的產生對于制備高性能鑄坯至關重要。

近年來，在金屬凝固過程中施加外場(如電場、磁場、超聲場、組合外場等)改變金屬凝固行為的技術得到廣泛關注。研究表明，在金屬和合金凝固過程中施加外場能夠減小合金和金屬液凝固過程中鑄坯內外溫差，顯著細化均勻凝固組織，且對金屬液無污染。

目前，超聲場和電磁場是金屬和合金凝固過程中應用最廣的兩種外場；對于超聲處理熔體細化的機制，目前大多數學者認為，主要是超聲作用熔體時產生的空化效應和聲流效應能夠攪拌熔體，增加形核率，改善合金溫度場的均勻性，抑制柱狀晶的生長；1935年Sokolov首次研究了超聲振動下金屬的凝固行為，隨后Abramov和Gurevich研究了超聲振動作用下不同點陣結構純金屬的凝固，發現超聲處理能夠使不同點陣結構的純金屬晶粒細化，力學性能提高；美國的Vladimir Ivanovich等人發明了輕合金的超聲半連續鑄造方法，通過實驗驗證了超聲的細化效果；東北大學開發的鎂合金變頻超聲半連續鑄造方法，通過實驗驗證發現，變頻超聲振動能夠顯著細化晶粒均勻組織。

電磁場細化機制主要是通過電磁力對熔體的攪拌作用，增加形核率，使熔體溫度和成分分布更加均勻，抑制枝晶生長，使枝晶球化，提高鑄坯等軸晶率。自從20世紀60年代前蘇聯Getselev在DC半連續鑄造的基礎上施加線圈開發出電磁鑄造(EMC)以來，電磁鑄造工藝不斷發展，應用日趨廣泛。東北大學開發的低頻電磁鑄造工藝(LFEC)和低頻電磁振蕩工藝(LFEVC)、中國科學院金屬研究所提出的低壓脈沖磁場工藝均取得了很好的效果，中國專利CN101733380A、CN202192235U、CN205236987U、CN104722730A表明，施加磁場使晶粒尺寸明顯細化、冷隔減輕、偏析和熱裂傾向減小，變形能力顯著提高。

實際生產與應用中發現，現有超聲在金屬熔體中傳播存在嚴重的衰減和頻率漂移兩個問題，且現有超聲設備的有效輸出功率有限，導致其作用范圍有限；另一方面，現有超聲變幅桿需直接與金屬液接觸，因此超聲變幅桿的耐高溫腐蝕性和空化腐蝕問題仍亟待解決；以上缺點導致超聲處理熔體技術仍無法應用于工業生產；低頻電磁鑄造技術(LFEC、LFEVC)對于直徑大于300mm的鑄錠細化效果有限，低壓脈沖磁場工藝只有在一定電磁條件下細化效果顯著，當電磁頻率進一步增大時，晶粒尺寸反而增大；此外，現有電磁場施加方式在大規格非軸對稱扁坯制備過程中，針對不同部位電磁條件不可調節，無法實現不同位置溫度場的調節與控制。

發明內容

針對現有水平連續鑄造、立式連續鑄造和半連續鑄造工藝中施加電磁場作用時高度方向電磁不可調節、電磁作用范圍及效果有限、電磁利用率低以及等問題，本發明提供一種差相位脈沖磁場電磁連鑄方法，采用多組螺線管線圈，將線圈分組的方法，實現多組線圈之間獨立調節，實現連鑄過程中不同形狀規格坯料制備過程中不同部位的磁場控制，增強磁場細化作用，改善鑄錠性能。