[實(shí)用新型]一種特殊鋼凝固組織模擬裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202022907428.8
• 申請(qǐng)日: 2020-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN214442909U
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 成國光;侯雨陽;張濤;申文君;李堯;詹欣林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B22D11/16
• 分類號(hào): B22D11/16;G01N25/72;G01N25/04
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本實(shí)用新型涉及金屬凝固技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種特殊鋼凝固組織模擬裝置，包括真空爐體、升降桿、伺服電機(jī)、真空單元、加熱單元、冷卻單元、控制單元；真空爐體包括絕熱套管、絕熱環(huán)和冷卻環(huán)；絕熱套管、絕熱環(huán)和冷卻環(huán)形成上下貫通的腔體；腔體內(nèi)設(shè)置冷卻底座，模殼設(shè)置在冷卻底座上，冷卻底座能隨升降桿在腔體內(nèi)上下移動(dòng)；加熱單元包括設(shè)置在所述絕熱套管外的感應(yīng)線圈；真空單元為真空爐體提供真空環(huán)境；冷卻單元為冷卻環(huán)供冷；控制單元分別與伺服電機(jī)、真空單元、加熱單元、冷卻單元信號(hào)連接。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)特殊鋼樣品凝固組織的模擬，溫度梯度與凝固速度調(diào)節(jié)范圍大，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，操作安全可靠性高，適用于特殊鋼材料的研究與制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及金屬凝固技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種特殊鋼凝固組織模擬裝置。

背景技術(shù)

特殊鋼材料在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)重要地位，凝固作為液態(tài)鋼水結(jié)晶成型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)特殊鋼材料具有重要作用。在特殊鋼生產(chǎn)中主要有模鑄、連鑄、電渣重熔、真空自耗等不同類型的凝固方式，可以得到鋼錠、連鑄坯、電渣錠、自耗錠等各種鑄件。特殊鋼鑄件既可以直接用作機(jī)械或工程用的關(guān)鍵設(shè)備部件，也可將其進(jìn)一步采用各種深加工工藝得到不同類型優(yōu)質(zhì)的鋼材。鑄件質(zhì)量對(duì)最終材料的使用性能有著顯著影響，因此對(duì)特殊鋼鑄件的質(zhì)量要求非常嚴(yán)格。然而鑄件中常常存在縮孔、疏松、內(nèi)裂、偏析等凝固缺陷，這會(huì)明顯降低鑄件以及最終產(chǎn)品的質(zhì)量以及使用性能。研究表明，上述凝固缺陷通常在凝固過程中伴隨凝固組織的形成和演變而產(chǎn)生，是鋼液凝固過程的直接體現(xiàn)，因此凝固組織的研究與控制對(duì)凝固缺陷的改善至關(guān)重要。

傳統(tǒng)的凝固組織研究有以下幾種方法：

1、鋼錠低倍腐蝕法。通過合適的低倍腐蝕液，可以將鑄件的凝固組織顯示出來，這種方法是研究凝固過程最常見的方法之一。鋼錠低倍腐蝕法是把已經(jīng)澆注成型的成品鋼錠切開，將剖切面進(jìn)行處理后，用低倍腐蝕劑對(duì)剖切面進(jìn)行腐蝕，得到鑄件的宏觀凝固組織。然而經(jīng)過低倍腐蝕法檢驗(yàn)后的鋼錠基本無法使用，因此這種方法的研究成本高，分析效率低，通用性不強(qiáng)，適用面不廣。

2、鋼錠傾倒法。為了可以直觀了解凝固過程并在線觀察凝固前沿的生長特征，冶金工作者提出了一種將正在發(fā)生凝固的鋼錠中的鋼液倒出的方法，通過這種方法可以在特定固相率的條件下將固液兩相分離進(jìn)而保留已經(jīng)凝固的部分，并對(duì)凝固前沿等特征進(jìn)行更加直觀的分析。因此鋼錠傾倒法可以較大程度地還原凝固過程，可以再現(xiàn)凝固組織以及凝固缺陷的形成過程。然而鋼錠傾倒法通常會(huì)浪費(fèi)大量鋼水，成本高，工藝復(fù)雜。另外鋼錠在傾倒過程中液態(tài)鋼水受外力作用會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)，破壞凝固前沿的枝晶結(jié)構(gòu)并影響組織生長特征，因此會(huì)對(duì)凝固缺陷的判斷產(chǎn)生一定影響。

3、低熔點(diǎn)金屬(合金)凝固模擬法。由于鋼鐵材料熔點(diǎn)高、研究難度大，而一些低熔點(diǎn)金屬(合金)的凝固過程易于控制，因此冶金與材料工作者通過對(duì)特定的低熔點(diǎn)金屬(合金)展開研究，直接觀察其凝固過程，希望從中找到啟發(fā)，以近似替代對(duì)鋼鐵材料凝固的研究。這種方法雖然可以在線觀察組織演變過程，然而由于替代物與鋼鐵材料的成分、結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)的差異較大，有時(shí)所得的研究結(jié)論無法直接遷移到鋼鐵材料中。

4、計(jì)算機(jī)模擬法，隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的發(fā)展以及相關(guān)模型和算法的完善，凝固過程以及組織演變逐步可以通過計(jì)算機(jī)建模的方法進(jìn)行模擬以及研究，這一方法較大程度上提高了工作效率并節(jié)約了成本。然而計(jì)算機(jī)模擬法需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正，完善的計(jì)算模型背后需要有強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)積累進(jìn)行支撐。然而特殊鋼材料種類繁多，鋼中成分的微量變化有時(shí)會(huì)對(duì)凝固過程產(chǎn)生顯著影響，這些變化有時(shí)需要對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行修正，是計(jì)算機(jī)模擬無法預(yù)知以及準(zhǔn)確模擬的。

因此上述凝固研究方法在定量化、準(zhǔn)確性、便捷性以及成本控制等方面不能滿足實(shí)際需要。為了定量以及便捷地研究凝固過程，冶金工作者逐漸提出了針對(duì)性的研究方法。