本实用新型涉及一种细化晶粒的装置，特别是涉及一种实验室温度可控的电磁细化晶粒的装置。
背景技术：
在金属材料加工技术领域，金属材料的凝固组织对材料的使用性能起着至关重要的作用，因此对晶粒的细化是改善材料塑性、韧性以及强度行之有效的方法。迄今为止，在材料科学技术领域细化晶粒的方法主要有：（1）增加其过冷度，加大熔体冷却速度；（2）在熔体中添加形核剂、变质剂、孕育剂；（3）振动处理；（4）电磁搅拌、超声波搅拌。随着科学技术的进一步发展,人们对材料使用性能的要求也不断的提高,其中对金属凝固组织的细化不仅可以提高材料的强度、塑性还可以提高金属的韧性等力学性能。伴随着凝固技术的不断发展,许多凝固组织的细化工艺也应运而生,早在1990 年，Nakada第一次将脉冲电流加载到了Sn-15%Pb 合金凝固过程中，使晶粒组织得到了显著的细化，但是将脉冲磁场非接触式的施加于金属凝固过程中是几年发展才起来的一种电磁场处理技术。脉冲磁场不仅可以有效地细化金属凝固组织，而且脉冲磁场还具有设备负荷小、输出峰值高、对材料基本无污染等一系列的优势，因此脉冲磁场在金属材料加工技术领域受到了广泛的关注。
目前利用脉冲电流产生电磁场细化金属凝固组织的处理方法主要有下面两种；一是在熔炉中将金属试样进行重熔,并且在熔炉中对金属熔体的冷却速度进行控制,并在冷却的过程中接入脉冲电流。它的缺点是：重熔使金属液体容易被氧化，导致所铸造的零件质量大打折扣。另外一种方法是把金属熔体直接浇注到铸型中,在铸型中直接对金属熔体施加脉冲电流，进而实现细化凝固组织的目的。这种种方法的优点是：工序简洁、操作简单,所以应用也较普遍；它的缺点是：熔体在铸型中由于冷却速度快,冷却的过程不容易控制,所以在一定程度上细化效果就有所降低。综上所述,为了满足现代材料加工的要求，就需要再设计出一套温度可控的电磁细化装置,不仅可以使合金的凝固、细化处理一次完成，而且还可以使熔体的冷却速度也得到控制，在保证磁场细化效果的同时进一步完善处理工艺。
如中国专利（申请号：201420456447.5），该装置所述结晶器内部没有倾斜一定角度，而本装置所述结晶器内部是倒锥形，内部倾斜一定角度，不仅有利于凝固铸件的取出，还可以减少在取出时对结晶器的损伤，提高了本装置的使用效率；另外该装置所述结晶器中空，水流是直上直下的，可能会导致冷却不均匀，而本装置所述结晶器设有螺旋状导流管，水流是螺旋下降的，可以保证冷却的均匀性，并在底部出水口处设有阀门，可以有效地控制熔体的冷却速度。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种实验室温度可控的电磁细化晶粒的装置，该装置温度可调，有效控制冷却速度，使晶粒更加均匀细化。
技术解决方案：
一种实验室温度可控的电磁细化晶粒的装置，包括结晶器，所述结晶器上包覆隔热石棉，在隔热石棉上缠绕铜线圈，铜线圈通过导线与脉冲电源相连接。所述结晶器为中空壁，中空壁上开有进水口，中空壁内设螺旋状导流管，所述结晶器底部设有出水口，出水口处设阀门。
所述结晶器内部形状为倒锥形。所述脉冲电源波形是连续的矩形波或锯齿形波，电源电压为20～380V，频率为5～100HZ，占空比为0.2～0.5。
所述结晶器置于支撑架上。
所述结晶器内设热电偶。
所述结晶器内设加热棒。
本实用新型通过熔体保温装置将固体金属熔化成金属液并保温适当时间，根据要求按照一定的冷速冷却至预先设定的温度；然后将金属液浇注到结晶器中进行凝固结晶。在结晶器的周围缠绕上线圈，通过改变结晶器上缠绕的线圈的电流、频率来改变结晶器周围的磁场以及控制结晶器中的温度等进一步去影响金属液的结晶过程，从而达到细化晶粒的目的。
本实用新型可以随时改变电流的参数以获得相应的实验结果；加入螺旋形水冷可以通过底部阀门控制调节金属熔体的冷却速度，进一步完善晶粒的细化工艺，整个实验的工序简单易懂、装置结构体积小；在一定程度上实现了金属凝固组织的细化，并且提高了对实验过程的可控性。
本实用新型细化晶粒的装置有以下几个优点：
（1）本实用新型细化晶粒的装置把水冷装置设计成螺旋形的，且底部水冷出口设有阀门，加上金属熔体内部的加热棒，可以有效地控制熔体的冷却速度，促进组织同时凝固，再施加参数不同的脉冲电流，促进晶粒细化，进一步提高材料的使用性能；
（2）本实用新型细化晶粒的装置的结晶器内部为倒锥形，有一定倾斜角度，不仅有利于凝固铸件的取出，还可以减少在取出时对结晶器的损伤，提高了本装置的使用效率；
（3）本实用新型细化晶粒的装置可用于多种熔点在800℃以下的合金的晶粒细化，应用范围比较广泛；
（4）整个实验的工序简单易懂、装置结构体积小，可重复性强，不仅简化了处理工艺，同时提高了处理过程的可控性。
附图说明
图1是本实用新型装置的实施效果示意图；
图1中：（1）支撑架、（2）结晶器、（3）出水口阀门、（4）金属熔体、（5）隔热石棉、（6）铜线圈、（7）脉冲电源、 （8）导线、（9）螺旋状导流管、（10）热电偶、（11）加热棒、（12）进水口。
具体实施方式
本实用新型支撑架1用于支撑整个装置；结晶器2位于支撑架1上，结晶器2上包覆一层隔热石棉5，并在隔热石棉5上缠绕铜线圈6，其中铜线圈6通过导线8跟脉冲电源7相连接；加热棒11以及热电偶10放在结晶器2内部；所述结晶器2为中空壁，中空壁上开有进水口12，中空壁内设螺旋状导流管9，所述结晶器底部设有出水口，出水口处设阀门3。
本实用新型的电磁细化结晶装置中的铜线圈缠绕在包覆着隔热石棉的结晶器上，熔体中的加热棒、热电偶可以根据需要进行上下移动；
本实用新型装置的使用过程：将切好的固体金属放入熔炉中加热使其熔化，其中固体金属的熔点要求在800℃以下，然后熔炼出金属熔体4，使金属熔体在高于熔点一定的温度下保温适当的时间，温度的变化可用热电偶10进行实时测量测量；根据要求按照一定的冷速冷却至预先设定的温度；在符合浇注温度要求后将金属液浇注到结晶器2中进行凝固结晶；等到金属熔体浇注完成后，根据热电偶10所测得 的温度与原先设定的温度进行比较，然后用加热棒11进行保温处理；在冷却的过程中，可以通过加热棒11或者水冷进出口的水流速度（底部设有阀门，可以调节水流速度）对金属熔体4的冷却速度进行控制调节，且由于结晶器的水冷呈螺旋形，水流是螺旋下降的，可以保证冷却的均匀性；与此同时，启动脉冲电源7，通过导线8施加给铜线圈6大小为20～200A的脉冲电流，使其在结晶器周围产生一定的磁场，进而达到细化晶粒的目的，待脉冲电流处理结束后，将加热棒11和热电偶10从结晶器中取出。在铜线圈6通电的过程中，通过改变脉冲电流的参数（脉冲电流的大小、频率、波形等）、线圈通电时间和加热棒11的功率大小以及进行水冷时底部阀门的开启程度，进而达到细化晶粒和凝固组织的目的。