专利名称：金属液脉冲孕育处理方法
技术领域：
本发明属于冶金技术领域。
在火法冶金实际生产中，金属和合金熔体在凝固过程中，由于凝固生长所需的过冷小于凝固形核所需的过冷，不可避免地在凝固结构中出现发达的柱状晶区，柱状晶区的大小对应着铸坯或铸件质量的优劣，宏观偏析、宏观疏松、裂纹等的出现均与柱状晶形成有直接关系。改善凝固结构上的这一缺陷，常见的处理方法有加入形核剂的孕育法、超声波振荡法、电磁搅拌法等。这些方法各有其特点，亦有其不足。本发明的目的就是寻求一种对所处理的金属液无污染、使用方便、应用广泛、孕育出的晶胚更加稳定的处理方法。发明人用自己设计、制造的脉冲发生器在浇注前对金属液实施脉冲孕育处理可实现本发明的目的。
金属液脉冲孕育处理方法是完全不同于其他方法的一项新技术。根据凝聚态物理中团簇学说理论和凝胶双电层模型理论，我们提出有关脉冲孕育机理的基本观点，即在液态金属或合金中具有一定的稳定存在的晶胚，这种稳定存在的晶胚在尺度上是不连续的，在一定温度下，有与此温度相对应的、存在几率最大的某一尺度的晶胚；温度升高，晶胚向小尺度几率占优势的方向变化；温度降低晶胚向大尺度占优势的方向发展。而能够稳定存在的晶胚可以用凝胶模型来描述，组成晶胚的原子中的正离子可以作为一个均匀背景的正电荷而与价电子相平衡。根据凝胶模型的双电层理论，两个小尺度晶胚要形成一个大尺度晶胚需要克服一综合位垒，克服这一综合位垒需要环境提供能量或体系内的能量起伏。当对液态金属或合金施加一个脉冲电场时，一方面改变了晶胚外电层的电子分布，减小两晶胚间的斥力位能，另一方面为晶胚提供了动能，可以使晶胚由小尺度晶胚孕育为大尺度晶胚，实现了晶胚的形核前孕育。
金属液脉冲孕育处理方法特点在于
1.金属液脉冲孕育处理方法是在金属液本体中孕育形核晶胚，因此，这项技术不仅可用于合金液的孕育，也可用于纯金属液的孕育处理，因而具有更为广泛的应用范围；2.金属液脉冲孕育处理方法采用与所熔化的金属液相同材质的金属或对所熔金属无污染的材料作为电极，不存在对金属液的污染；3.金属液经脉冲孕育处理后，可得到稳定的、易于形核的大尺度晶胚，只要金属液处于降温过程或降温后保温过程，孕育出的晶胚就能稳定存在，可解决孕育衰退问题；4.金属液经脉冲孕育处理后，铸锭(件)、铸坯的凝固结构中的柱状晶区缩小。等轴晶区扩大，组织均匀、细化、减少宏观偏析、疏松、裂纹等缺陷，铸锭(件)、铸坯的力学性能提高；5.金属液脉冲孕育处理方法可以在浇包、中间包、连铸结晶器或停止冶炼的冶炼炉内对金属液进行孕育处理，使用方便。
金属液脉冲孕育处理方法的实施工艺流程为熔化的金属液注入浇包，在浇包中(中止冶炼过程的冶炼炉内也可)进行脉冲孕育处理，处理后的金属液即可浇注。
实施例见
图1、图2。图1是Al-5.0％Cu未处理(a)和经脉冲孕育处理后(b)小铸锭的凝固组织的比较；图2是Q235钢合金未处理(a)和经脉冲孕育处理后(b)铸件的凝固组织比较。由图1、图2的比较可以看出，经过脉冲孕育处理后，凝固组织均匀、细小，柱状晶得到抑制。
图3是脉冲发生器原理图，脉冲发生器由电源①、整流稳压系统②、能量设定系统③、脉冲频率设定及控制系统④、脉冲输出⑤等组成；可以产生电压为10～3000伏，脉冲频率0.1～1000次/秒的电压脉冲。
权利要求
1.一种金属液孕育处理方法，它是通过给金属液中的晶胚施以能量，使其实现核前孕育。其特征在于它是采用脉冲电场予以实现所说的能量。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于它所施予的脉冲电场的脉冲频率为0.1～1000次/秒，电压为10～3000伏。
3.如权利要求1或2所述的处理方法，其特征在于它即适用于纯金属亦适用于合金。
4.如权利要求1或2所述的处理方法，其特征在于它可以在中止冶炼的冶炼炉、浇包、中间包及连铸结晶器上使用。
5.如权利要求3所述的处理方法，其特征在于它可以在中止冶炼的冶炼炉、浇包、中间包及连铸结晶器上使用。
全文摘要
金属液脉冲孕育处理方法是完全不同于其他改善凝固结构方法的一项新技术,该项发明属于冶金技术领域。金属液脉冲孕育处理方法具有应用范围广、对金属液无污染、孕育的晶核稳定,不易衰退、可提高铸坯(铸件)的力学性能和使用方便等特点。对钢和铝铜合金实施脉冲孕育处理已实现了本发明的目的。
文档编号B22D27/02GK1195590SQ9810054
公开日1998年10月14日 申请日期1998年2月18日 优先权日1998年2月18日
发明者王建中, 苍大强, 张家泉, 周大奇 申请人:北京科技大学