[發明專利]一種低熔點透明合金壓力下凝固原位觀察用裝置

有效

• 申請號: 201810508002.X
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108766193B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 韓志強;尚閃;王非凡;吳科言;王旭陽
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02;G09B23/26
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種低熔點透明合金壓力下凝固原位觀察用裝置，包括模具，模具包括上模具和下模具，上模具與下模具配合時形成密閉的型腔，下模具包括下模具上半部分和下模具下半部分，型腔側面設置有溫度傳感器與壓力傳感器，上模具中嵌有耐壓O型密封圈，型腔的末端設置有薄片狀生長室，下模具底部設置有獨立窗口；上模具頂部設置有用于控制型腔中熔體壓力的壓力控制系統，溫度傳感器和壓力傳感器上設置有數據采集系統；下模具上下兩端均設置有溫控系統安裝點和精密溫控系統，位于獨立窗口兩側對應設置有光源與高速攝影儀，光源與高速攝影儀在同一直線上。本發明具有裝置小型簡便，模具易于加工，對低熔點透明合金熔體在壓力條件下的密封效果良好的特點。

技術領域

本發明涉及金屬鑄造成形工藝及模具技術領域，特別涉及一種低熔點透明合金壓力下凝固原位觀察用裝置。

背景技術

擠壓鑄造是一種先進的近凈成形工藝，其澆注過程金屬液平穩充型，可避免卷氣；凝固過程有高達80-120MPa壓力的作用，產生強制性擠壓補縮，可避免孔洞缺陷產生。采用擠壓鑄造工藝生產的零件具有很高的致密度，并且可以熱處理。另外，擠壓鑄造中，壓力的作用使鑄件與模具緊密貼合，增強界面傳熱，提高冷卻速度，從而細化晶粒。該工藝適合于生產力學性能要求高的受力結構件。目前，擠壓鑄造已成為汽車、航天、航空等工業領域生產高檔有色金屬零件的重要手段，具有良好的發展前景(Ghomashchi M R,VikhrovA.Squeeze casting:an overview[J].Journal of Materials Processing Technology,2000,101(1-3):1-9)。

工藝條件影響微觀組織，微觀組織決定力學性能。擠壓鑄造中的壓力條件對微觀組織比如枝晶生長速度、晶粒尺寸、二次臂間距以及溶質分布均有著重要的影響。由于常規實驗方法受到加工條件(鑄型封閉)和金屬本身性質(不是透明的)的影響，不能直接觀察壓力下凝固微觀組織的演化過程，只能得到微觀組織演化形成的最終結果。為了更深入的了解微觀組織的演化過程，近年來有學者采用透明合金比如水楊酸脂、氯化銨水溶液和丁二腈等代替金屬進行研究。其中丁二腈是一種透明的體心立方材料，凝固行為與金屬相似，熔點約為58℃且對于壓力的變化比較敏感，這對于原位觀察枝晶生長的演化過程提供了很大便利。Sawada等人通過控制油壓對放置于壓力傳輸油中的生長容器中的氯化銨水溶液進行施壓，該裝置采用含氟聚合物的塑料軟管的溶液蓄池，通過塑料軟管與金屬活塞之間的配合解決溶液密封的問題。然而這種液壓裝置復雜，且裝置中的塑料軟管可能與丁二腈或丙酮發生反應，不適用于丁二腈或丙酮的實驗(Sawada T,Takemura K,Shigematsu K,etal.Dynamic pressure control for solution growth and its microgravityapplication[J].Journal of Crystal Growth,1996,158(3):328-335。)。Kar等人將連接波紋管的不銹鋼生長容器置于油浴中，通過油浴控制溫度和壓力，對生長室中的丁二腈進行施壓(Kar P,Lacombe J C,Koss M B.Velocity and radius transients duringpressure mediated dendritic growth of succinonitrile[J].Materials Science andTechnology,2004,20(10):1273-1280。以及Koss M B,Lacombe J C,Chait A,etal.Pressure-mediated effects on thermal dendrites[J].Journal of CrystalGrowth,2005,279(1-2):170-185。)。這種裝置只能實現恒溫控制，不能建立不同位置的溫度梯度，因此只能實現丁二腈材料的等軸凝固。本發明通過制作類似于直接擠壓鑄造的小型裝置和簡單靈活的金屬模具，可以實現原位觀察丁二腈或丁二腈-丙酮合金枝晶等軸生長或定向生長的演化過程。在常規擠壓鑄造中，可以通過上下模具的精密配合和金屬液在配合間隙中的凝固進行密封，然而由于凝固后的丁二腈-丙酮合金為蠟狀形態，在壓力作用下僅靠金屬模具之間的精密配合難以實現熔體的密封。因此需要結合透明合金壓力下凝固裝置的特點以及透明合金的材料特性，采用簡單專門的密封措施，制定出可穩定進行低熔點透明合金壓力下凝固原位觀察的可靠模具和裝置。