连续铸造制备高取向均匀细晶组织的方法及制备装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种连续铸造制备高取向均匀细晶组织的方法和制备装置，对结晶器内金属熔体施加梯度磁场，在梯度磁场处的结晶器内插入石墨电极，并通入可以调节电流大小和频率的交流电，在梯度磁场下复合交变电场，对结晶器内金属熔体的外场复合作用，实现电磁振荡，增加形核数量，晶核在金属熔体中向下运动的过程中受到磁取向作用，最终形成高取向的细晶组织的金属材料。本发明制备装置包括中间包、水口、结晶器、牵引轧辊、外加磁场施加装置和外加电场施加装置。本发明利用磁场下交流电的振荡效应以及梯度磁场下物质的磁化力效应，获得均匀细晶组织，使晶粒进一步发生取向，形成细小均匀且具有取向的金属凝固组织，提高金属材料的性能和质量。
【专利说明】连续铸造制备高取向均匀细晶组织的方法及制备装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属材料制备工艺和设备，特别是涉及一种实现凝固组织细化的方法及专用制备装置，应用于金属材料连续制造铸造工艺【技术领域】。
【背景技术】
[0002]提高金属材料力学性能的方法很多，譬如:加工硬化、固溶强化、第二相强化、细晶强化等等。细晶强化旨在控制金属材料晶粒大小，从而达到提高材料性能的目的。金属材料的强度、硬度、塑形和韧性都随着晶粒细化而提高，因此，控制材料的晶粒大小对于提高材料性能具有重要的意义。一般情况下，细化金属铸件的晶粒可采取以下几种途径:
增加过冷度:由约翰逊-梅尔方程可导出，在t时间内形成的晶核数P(t)与形核率N及长大速率Vg之间的关系:
【权利要求】
1.一种连续铸造制备高取向均匀细晶组织的方法，其特征在于: a.对结晶器内金属熔体施加梯度磁场:利用强磁体装置产生稳恒的梯度磁场，通过调节强磁体装置相对于结晶器的位置来获得不同磁场梯度，所施加磁场强度B的大小控制在0-14Τ范围内连续可调，根据不同的熔体形成的晶核种类不同，对应采用所需要的梯度磁场，并将梯度磁场强度因子的大小控制在O~150 T2/m范围内，其中梯度磁场强度
2.根据权利要求1所述的连续铸造制备高取向均匀细晶组织的方法，其特征在于:金属熔体为纯铝液或铝合金熔体，在结晶器内插入电极处的铝合金熔温度为65(T70(TC，所施加的磁场强度B的大小控制在0.5飞T范围内连续可调，形成均匀细晶组织所需要的梯度磁场强度因子的范围控制在0.95~150 T2/m范围内，采用的交流电强度I的范围为
3.根据权利要求2所述的连续铸造制备高取向均匀细晶组织的方法，其特征在于:形成均匀细晶组织所需要的梯度磁场强度因子.汉&的范围控制在8.5~16.2 T2/m范围内。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的连续铸造制备高取向均匀细晶组织的方法，其特征在于:在设定过冷度条件下，使形核率N增加，使金属凝固组织的晶粒细化。
5.一种实施权利要求1~3中任意一项所述的连续铸造制备高取向均匀细晶组织的方法的制备装置，主要包括中间包(I)、水口(4)、结晶器(5)、牵引轧辊(8)、外加磁场施加装置和外加电场施加装置，所述中间包(I)内的金属熔体通过所述水口(4)浇注进入所述结晶器(5)内腔中，所述牵引轧辊(8)将凝固的铸坯(7)从所述结晶器(5)的前端拉出，其特征在于:所述外加磁场施加装置采用设置于所述结晶器(5)外部的稳恒磁体(6)，利用所述稳恒磁体(6)产生稳恒的梯度磁场,通过调节稳恒磁体(6)相对于所述结晶器(5)内的金属熔体的位置获得对应的所需磁场梯度，并在所述稳恒磁体(6)和所述结晶器(5)外侧之间设置水冷套，所述外加电场施加装置采用石墨电极(3)，将所述石墨电极(3)插入梯度磁场处的所述结晶器(5)内的金属熔体内，置于所述结晶器(5)外部的交流电源(2)与所述石墨电极(3)电连接，并向所述结晶器(5)内的金属熔体内通入可以调节电流大小和频率的交流电流，通过稳恒的梯度磁场和交变的电场，使所述结晶器(5)内的金属熔体形成高取向均匀细晶铸还组织。
6.根据权利要求5所述的制备装置，其特征在于:在所述结晶器(5)外部还设有过冷装置，通过控制所述过冷装置使所述结晶器(5)内的金属熔体处于设定的过冷度条件下。
【文档编号】B22D11/11GK103464706SQ201310443606
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】李喜, 杜大帆, 侯龙, 李晓龙, 王科峰, 李秋燕 申请人:上海大学