冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法
【专利摘要】本发明属于晶粒细化【技术领域】，冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法，其工艺过程如下：将非接触式多层线圈预埋在冒口套中或冒口套外部，所述非接触式多层线圈不与铸锭、铸件及铸型接触，且与铸锭、铸件及铸型绝缘。在金属凝固过程中全程或半程工作，达到细化金属凝固组织的目的。处理参数为：脉冲电流峰值为10～30000A，脉冲宽度为10μs～100ms；脉冲频率为：0.01Hz～4KHz。本发明中，脉冲磁致振荡作用于冒口附近，解决了脉冲磁致振荡技术应用于大型铸锭的难题；本发明装备价格低廉，操作简单安全，冒口脉冲磁致振荡发生装置工作条件良好，可持续工作且反复使用，避免多次拆卸的麻烦。
【专利说明】冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法
【技术领域】
[0001]本发明属于晶粒细化【技术领域】，涉及一种冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法。
【背景技术】
[0002]脉冲磁致振荡凝固细晶技术是由上海大学翟启杰、龚永勇、李仁兴等人在研宄脉冲电流细化金属凝固组织机理后提出的一种新的脉冲电磁场施加方式。脉冲磁致振荡技术是将脉冲电流通过感应线圈感应到金属熔体内部，从而在金属熔体内产生脉冲电流，以达到促进金属液形核，提高铸坯或铸锭等轴晶率，提高铸坯或铸锭成分均匀性和低倍组织质量的目的。在熔体内，脉冲电磁场的相互作用可以产生脉冲电磁力。脉冲电磁力引起熔体的高频振荡，并使型壁或液面处产生的晶核不断脱落，在熔体内部引起大量晶核沉降一一即结晶雨现象。
[0003]对于在真空条件下采用顶注法浇注的大型铸锭，液面式脉冲磁致振荡线圈难以放置。另外，大型铸锭的金属型壁厚重，电磁场难以穿透，因此将脉冲磁致振荡技术作用于大型铸锭凝固过程是一项难题。本发明将非接触式多层线圈预埋在大型铸锭的冒口套中或冒口套外部，脉冲电磁场作用于冒口附近，可以实现细化大型铸锭凝固组织的目的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法，解决了现有技术中存在的问题。
[0005]本发明的目的是通过以下技术手段来实现的。
[0006]本发明通过在铸锭凝固过程中将脉冲磁致振荡技术作用于冒口附近，使冒口附近产生晶核漂移并形成结晶雨效应来细化铸锭金属凝固组织。其特征在于非接触式多层线圈处于冒口套中或冒口套外部，并在金属凝固过程中全程或半程工作，达到细化金属凝固组织的目的。
[0007]所述冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法，其工艺过程如下:将非接触式多层线圈预埋在冒口套中或冒口套外部，所述冒口脉冲磁致振荡发生装置不与铸锭、铸件及铸型接触，且与铸锭、铸件及铸型绝缘。将金属熔体注入铸型，开启冒口脉冲磁致振荡发生设备(开启冒口脉冲磁致振荡发生设备和金属熔体注入铸型没有严格的先后顺序)，按需全程或半程处理。
[0008]所述冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法，冒口脉冲磁致振荡发生设备由一脉冲电流发生装置以及一非接触式多层线圈共同实现。
[0009]所述冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法，金属凝固时冒口脉冲磁致振荡发生设备全程或半程向熔体内部施加脉冲电磁场。
[0010]所述冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法，参数为:脉冲电流峰值10?30000A，脉冲宽度为10 μ s?10ms ;脉冲频率为:0.0lHz?4KHz。
[0011]所述冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法，非接触式多层线圈匝数为I?100，层数为I?50层。非接触式多层线圈距离金属恪体外表面0.5mm?1000mm。非接触式多层线圈距离金属铸型外壁0.5mm?500mm。
[0012]本发明的有益效果是:
(I)冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织技术，将非接触式多层线圈放置于冒口套中或冒口套外部，解决了大型铸锭无法应用脉冲磁致振荡技术的难题。
[0013](2)冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织技术采用的非接触式多层线圈工作环境良好，可持续工作且反复使用。
[0014](3)本发明装备价格低廉，操作简单安全，可用于模铸金属凝固组织细化控制，拆装方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法示意图
图中标号:1.隔热材料2.非接触多层线圈3.为铸型(冒口部分)4.为金属熔体5.为铸型(铸锭部分)
图2是冒口磁致振荡细化金属凝固组织效果图其中2a为空白对比锭，2b为冒口脉冲磁致振荡处理锭。
【具体实施方式】
[0016]以下结合实施例对本发明作进一步的阐述；实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。
[0017]实施例1
冒口脉冲磁致振荡处理工业纯铝(99.7%)的凝固组织
实验过程如下:实验材料为纯度99.7%的工业纯铝，铸型材料为40#钢，冒口套中的隔热材料为漂珠，非接触式多层线圈匝数为14，层数为I。在整个金属凝固阶段进行冒口脉冲磁致振荡处理。具体工艺过程如下:
1.将非接触式多层线圈预埋于漂珠中，并装配好冒口套与铸型。(如图1所示)
2.将铸型预热至200°C。
[0018]3.将过热度为25°C的纯铝液体用顶注的方式浇入砂型，浇注完毕后开启冒口脉冲磁致振荡装置。此时金属熔体外表面距非接触式多层线圈10mm。非接触式多层线圈距离金属铸型外壁450mm。
[0019]4.开启冒口脉冲磁致振荡发生装置。其中，电流峰值200A，电流脉宽50ms，作用频率0.5Hzo
[0020]5.完全凝固后，切断电源，停止处理。
[0021]实验结束后，将冒口部分切除，观察铸锭纵剖面的宏观组织。未处理的空白锭等轴晶比例仅为5%，且晶粒粗大，如图2a所示；利用冒口脉冲磁致振荡处理的样品，其等轴晶比例达到90%，金属凝固组织显著细化，晶粒尺寸可达到50 μπι以下，如图2b所示。
[0022]实施例2
冒口脉冲磁致振荡处理工业纯铝(99.7%)的凝固组织实验过程如下:实验材料为纯度99.7%的工业纯铝，铸型材料为40#钢，冒口套中的隔热材料为漂珠，非接触式多层线圈匝数为24，层数为2。在整个金属凝固阶段进行冒口脉冲磁致振荡处理。具体工艺过程如下:
1.将非接触式多层线圈预埋于漂珠中，并装配好冒口套与铸型。(如图1所示)
2.将铸型预热至200°C。
[0023]3.将过热度为25°C的金属熔体用顶注的方式浇入砂型后将开启冒口脉冲磁致振荡发生装置。此时金属熔体外表面距非接触式多层线圈100mm。非接触式多层线圈距离金属铸型外壁2_。
[0024]4.开启冒口脉冲磁致振荡发生装置。其中，电流峰值20000A，电流脉宽50 μ S，作用频率2ΚΗζ。
[0025]5.完全凝固后，切断电源，停止处理。
【权利要求】
1.一种冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法，其特征在于该方法具有以下工艺过程:冒口脉冲磁致振荡发生设备由脉冲电流发生装置及非接触式多层线圈组成，事先将非接触式多层线圈预埋在铸型冒口套中或冒口套外部，所述非接触式多层线圈不与铸锭和铸件接触；在金属凝固过程中，冒口脉冲磁致振荡发生设备全程或半程工作，使金属熔体在脉冲磁致振荡作用下凝固，使金属凝固组织得到细化。
2.如权利要求1所述冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法，其特征在于:非接触式多层线圈匝数为I?100，层数为I?50层。
3.如权利要求1所述冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法，其特征在于:冒口脉冲磁致振荡处理的电流峰值为10?30000A。
4.如权利要求1所述冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法，其特征在于:冒口脉冲磁致振荡处理的脉冲宽度为10 μ S?100ms。
5.如权利要求1所述冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法，其特征在于:冒口脉冲磁致振荡处理的脉冲频率为0.0lHz?4KHz。
6.如权利要求1所述冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法，其特征在于:非接触式多层线圈距离金属恪体外表面0.5mm?1000mm。
7.如权利要求1所述冒口脉冲磁致振荡细化金属凝固组织方法，其特征在于:非接触式多层线圈距离金属铸型外壁0.5mm?500mm。
【文档编号】B22D27/02GK104439195SQ201410444686
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】翟启杰, 李萌蘖, 俞基浩, 李祺欣, 赵静, 龚永勇, 李仁兴, 仲红刚 申请人:上海大学