一种电脉冲处理技术控制定向凝固过程中金属晶体生长的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及金属材料凝固控制领域，具体设及一种电脉冲处理技术控制定向凝固 过程中金属晶体生长的方法。
【背景技术】
[0002] 电脉冲作为一种能量介入手段，其实质是外场作用下局域烙体的结构变异行为， 借助流体自身的对流和传导，从而实现对液态金属母相的控制。脉冲电场的作用形式、作用 区域、作用大小W及烙体自身的传质和传热效应为该技术的核屯、内容。脉冲电磁场控制凝 固过程是将电场或磁场引入到材料的制备或加工过程中，从而实现对材料制备或加工过程 和产品质量的控制及材料组织和性能的改善。该技术最早应用在凝固过程中，改善了铸件 的组织与宏观偏析。经过二十多年的发展，材料电磁工艺目前已成为一口多学科交叉、工艺 手段复杂和应用广泛的新研究领域。
[0003] 然而，目前脉冲电磁场在金属凝固中的应用仍然注重对金属凝固组织的改变，尚 未关注电脉冲对金属凝固过程中晶粒形核与生长的控制。
[0004] 因此，一种能够在定向凝固过程中控制金属晶体生长的电脉冲处理技术成为本研 究关注的焦点。
【发明内容】
阳〇化]本发明设计开发了一种电脉冲处理技术控制定向凝固过程中金属晶体生长的方 法。本发明具有通过脉冲电磁场辅助，能够有效的控制金属的凝固时间、凝固溫度与晶粒生 长取向等特点，同时还具有能够通过液态金属诱注流速进行校正凝固时间及凝固溫度等特 点。
[0006] 本发明第一发明目的是解决现有技术中不能利用电脉冲的技术对金属定向凝固 过程中晶粒形核与生长、液态金属凝固时间及凝固溫度进行控制的问题。
[0007] 本发明第二发明目的是解决现有技术不能通过液态金属在诱注过程中对诱注流 速的控制进而控制液态金属的晶体生长的问题。
[0008] 本发明提供的技术方案为：
[0009] 一种电脉冲处理技术控制定向凝固过程中金属晶体生长的方法，包括如下步骤：
[0010] 步骤一：使用耐高溫绝热板、水泥、沙子与冷铁制作定向凝固铸型；
[0011] 步骤二：将纯侣在相蜗电阻炉中加热至烙化，加热溫度为730°c~750°C，经除气、 净化后，再重新加热至730°C~750°C;
[001引步骤S进行纯侣烙体电脉冲处理，将脉冲电极插入纯侣烙体中，调节脉冲电压为IOOV~700V，频率为甜Z，处理后将纯侣烙体重新加热至730°C~750°C;
[0013] 步骤四：所述定向凝固铸型与连有热电偶的记录仪组成测溫定向凝固诱注系统； 保持在一定的环境溫度下，将电脉冲处理后的液态纯侣诱注到所述测溫定向凝固诱注系统 中，控制液态纯侣诱注过程中的诱注流速，使待电脉冲处理后的液态纯侣在所述定向凝固 铸型中在特定时间及特定溫度下进行定向凝固，得到所述金属晶体。
[0014] 优选的是，所述步骤一中耐高溫绝热板为硬化娃酸侣板。
[0015] 优选的是，所述步骤一中，所述定向凝固铸型包括水泥铸型及所述冷铁；
[0016] 其中，将所述硬化娃酸侣板固定在由水泥与沙子质量比例为1:2. 5制作的水泥外 壳的中屯、，制作所述水泥铸型。
[0017] 优选的是，所述水泥铸型需放入烘干箱中烘干，烘干加热溫度为120°C。
[0018] 优选的是，所述步骤二，通过使用重量百分数为0. 5%六氯苯进行除气操作。
[0019] 优选的是，所述步骤S中所述脉冲电压分别取值为100V、300V、500V和700V。
[0020] 优选的是，所述步骤=中，电脉冲处理30秒。
[0021] 优选的是，所述步骤四中，通过所述液态纯侣的凝固溫度T，所述液态纯侣的凝固 时间t及环境溫度T。，根据经验公式
得到液态纯侣诱注过程 中的诱注流速；其中，A，B，C为常数，T。为环境溫度，e为自然对数的底数。
[0022] 优选的是，所述环境溫度T。取值范围为18. 2 <T。< 27. 3。
[0023] 本发明所述的有益效果：
[0024] 1、用电脉冲处理后的纯侣烙体，在定向凝固铸型中诱注，获得的凝固组织的柱状 晶宽度增加，且更加连续，柱状晶长度增加；
[0025] 2、经过电脉冲处理后的液态纯侣在定向凝固铸型中凝固时的凝固溫度降低，凝固 时间增加，通过本发明的实验效果进而说明了脉冲电磁场对纯侣的凝固过程存在控制作 用，从而使其能够在金属凝固时晶体生长控制领域得到广泛的应用；
[00%] 3、用脉冲电磁场辅助，能够有效的控制金属的凝固时间、凝固溫度与晶粒生长取 向，能够为社制、冷拔、冲压、拉丝、锻造等工艺的要求提供具有特定晶粒取向的母材，使其 能够在工业生产中得到广泛的应用；
[0027] 4、本发明还能够通过对液态纯侣诱注过程的流速监测控制，在一定的环境溫度范 围内对液态纯侣需要的凝固时间及凝固溫度进行设定，通过对液态纯侣诱注过程的流速控 制使其能够按照设定的凝固时间及凝固溫度进行控制生长。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明所述的电脉冲处理过程示意图。
[0029] 图2为本发明所述的定向凝固铸型示意图。
[0030] 图3为本发明所述的诱注与冷却曲线记录过程示意图。
[0031] 图4为电脉冲处理后凝固时间变化图。
[0032] 图5为电脉冲处理后凝固溫度变化图。
[0033] 图6为对比例凝固组织变化宏观金相照片。
[0034] 图7为实施例1凝固组织变化宏观金相照片。
[0035] 图8为实施例2凝固组织变化宏观金相照片。
[0036] 图9为实施例3凝固组织变化宏观金相照片。
[0037] 图10为实施例4凝固组织变化宏观金相照片。
[003引图11为本发明所述的安装有流速控制装置的诱注与冷却曲线记录过程示意图。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，W令本领域技术人员参照说明书文 字能够据W实施。 W40] 如图1、图2、图3所示，本发明提供种电脉冲处理技术控制定向凝固过程中金属晶 体生长的方法，包括如下操作步骤：
[0041] 步骤一：使用耐高溫绝热板230、水泥、沙子与冷铁240制作定向凝固铸型200 ;其 中，定向凝固铸型200包括水泥铸型及冷铁240 ;
[0042] 步骤二：将纯侣130在相蜗电阻炉140中加热至烙化，加热溫度为730°C~750°C， 经除气、净化后，再重新加热至730°C~750°C;
[0043] 步骤=:进行纯侣烙体130电脉冲处理，将通过电脉冲发生装置110的脉冲电极 120插入纯侣烙体130中，其脉冲电压为IOOV~700V，频率为甜Z，处理后将纯侣烙体130 重新加热至730°C~750°C;
[0044] 步骤四：定向凝固铸型200与连有热电偶250的无纸记录仪210组成测溫定向 凝固诱注系统；保持在一定的环境溫度下，将电脉冲处理后的液态纯侣130诱注到测溫定 向凝固诱注系统中，控制液态纯侣诱注过程中的诱注流速，使待电脉冲处理后的液态纯侣 130在定向凝固铸型200中，在特定时间及特定溫度下进行定向凝固，得到所述金属晶体；
[0045] 在另一种实施例中，步骤一中耐高溫绝热板230材质为硬化娃酸侣板，其具有优 良的耐高溫及保溫的效果，能够最大程度的防止液态纯侣130在凝固过程中的热损失，保 证了实验数据准确；利用配比质量比例为1:2. 5的水泥与沙子制成水泥外壳220,然后将硬 化娃酸侣板230固定在水泥外壳220的中屯、，制作成水泥铸型，制作好的水泥铸型中屯、为边 长3cm的正方形底面、高5cm的长方体形空屯、腔；同时，还需要将制作好的水泥铸型在进行 液态纯侣130诱注实验前放入烘干箱中烘干，调节烘干加热溫度为120°C，将水泥外壳220 进行硬化处理。
[0046] 在另一种实施例中，步骤二中，通过使用重量百分数为0. 5%六氯苯对烙化的液态 纯侣130进行除气操作。
[0047] 在另一种实施例中，步骤=中对液态纯侣进行电脉冲操作的脉冲电压分别取值为 100V、300V、500V和700V，电脉冲处理时间30秒。
[0048] 下面结合图1、图2、图3进一步对本发明的实验方式进行说明。 W49] 对比例
[0050] 步骤一：使用硬化娃酸侣板230、水泥、沙子与冷铁240制作定向凝固铸型200,制 作水泥外壳220的水泥与沙子质量比例为1:2. 5,将厚度约1. 5cm硬化娃酸侣板230固定在 水泥外壳220中屯、，制作成水泥铸型，其长方体形型腔尺寸为3X3X5cm;诱注前，将水泥铸 型放入烘干箱中烘干，加热溫度为120°C，并保溫至诱注前；
[0051] 步骤二：将500g纯侣130 (纯度> 99. 99% )在相蜗电阻炉140中加热至烙化，加 热溫度为750°C，经使用重量百分数为0. 5%六氯苯除气、净化后，重新加热至750°C;
[0052] 步骤=:将冷铁240、水泥铸型与连有K型热电偶250的无纸记录仪210组成测溫 定向凝固诱注系统；
[0053] 步骤四：将溫度为750°C的液态纯侣130诱注到连有K型热电偶无纸记录仪的定 向凝固铸型200中，待其凝固，在凝固过程中记录液态纯侣130的冷却曲线。 阳054] 实施例1 阳化5] 步骤一：使用硬化娃酸侣板230、水泥、沙子与冷铁240制作定向凝固铸型200,制 作水泥外壳220的水泥与沙子质量比例为1:2. 5,将厚度约1. 5cm硬化娃酸侣板230固定在 水泥外壳220中屯、，制作成水泥铸型，其长方体形型腔尺寸为3X3X5cm;诱注前，将水泥铸 型放入烘干箱中烘干，加热溫度为120°C，并保溫至诱注前；
[0056] 步骤二：将500g纯侣130 (纯度> 99. 99% )在相蜗电阻炉140中加热至烙化，加 热溫度为750°C，经使用重量百分数为0. 5%六氯苯除气、净化后，重新加热至750°C;
[0057] 步骤=:进行纯侣烙体130电脉冲处理，将通过电脉冲发生装置110的脉冲电极 120插入纯侣烙体130中（电极末端距离相蜗底部约0. 5cm)，其脉冲电压为100V，频率为 甜Z，处理30s后停止，处理后将纯侣烙体130重新加热至750°C;
[0058] 步骤四：将冷铁240、水泥铸型与连有K型热电偶250的无纸记录仪210组成测溫 定向凝固诱注系统；
[0059] 步骤五：将电脉冲处理后的750°C的液态纯侣