[发明专利]脉冲电流和液面脉冲磁致振荡复合细化金属凝固组织方法

说明书

技术领域

本发明属于晶粒细化技术领域，涉及一种脉冲电流和液面脉冲磁致振荡复合细化金属凝固组织方法。

背景技术

脉冲磁致振荡凝固细晶技术是由上海大学翟启杰、龚永勇等人提出的。脉冲磁致振荡技术利用脉冲电流的趋肤效应，在金属熔体表面施加脉冲磁场，并于熔体表面感应出脉冲电流。在熔体表面，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表层的强烈振荡，并利用随之产生的机械振动使型壁处产生的晶核不断的生成、脱落，也就是振荡在熔体内部引起的结晶雨现象。脉冲电流是脉冲电磁场的另一种施加方式，脉冲电流作用下的金属凝固已成为国内外凝固科学和新材料制备技术领域的国内外研究热点。

由于近年来铸锭尺寸的增大，单一的脉冲磁致振荡技术和脉冲电流技术在细化大型铸锭的凝固组织时，电源参数越来越大，耗能也随之增大。而脉冲电流和液面脉冲磁致振荡复合细化金属凝固组织则可以解决这个问题。此项技术通过增大金属凝固时的形核区域，达到降低能耗的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种脉冲电流和液面脉冲磁致振荡复合处理细化金属凝固组织，解决了现有技术中存在的问题。

由于脉冲电流是通过激发熔体形核，从而形成结晶雨来细化金属凝固组织，但是液面处则没有晶核形成。加入液面脉冲磁致振荡后可以使形核区域增加，可以更好的细化金属凝固组织。经计算，本发明可将处理区域面积增加4-16倍。

本发明通过将两个电极嵌入在金属凝固成形用的铸型上两侧，在铸型液面上方放置另一非接触多式层线圈，使脉冲电流和液面脉冲磁致振荡可以分别作用在熔体内部和表面。本发明可以在熔体内部和液面处均产生强效的电磁力振荡，促使在液面处和型壁处同时产生晶核，增大了形核区域；并能轻易的振碎枝晶并且振落型壁晶核从而促进“结晶雨”的形成，充分细化金属凝固组织。

一种脉冲电流和液面脉冲磁致振荡复合细化金属凝固组织方法，该方法具有以下工艺过程：将两个电极平行嵌入铸型的型壁两侧，电极与铸型绝缘；将金属熔体浇注到铸型中后将非接触式多层线圈置于金属液面上方，进行脉冲电流和脉冲磁致液面振荡复合处理。

所述脉冲电流和液面脉冲磁致振荡复合细化金属凝固组织方法，金属凝固时，向金属熔体施加电磁场的装置有两个，一个是在金属熔体内部，另一个在金属熔体外部。

所述脉冲电流和液面脉冲磁致振荡复合细化金属凝固组织方法，脉冲电流和液面脉冲磁致振荡复合细化金属凝固组织的参数为：脉冲电流峰值10~30000A，脉冲宽度为10μs~100ms；脉冲频率为：0.01Hz~4KHz。

所述脉冲电流和液面脉冲磁致振荡复合细化金属凝固组织方法，脉冲电流和液面脉冲磁致振荡复合处理的电极断面尺寸为5~4×10⁴mm²。非接触式多层线圈匝数为3~100，层数为1~3层。非接触式多层线圈距离金属熔体自由液面高度为1mm～200mm。

脉冲电流和液面脉冲磁致振荡对金属熔体进行复合处理的时候，非接触式多层线圈与电极可以采用三种连接方式，分别为非接触式多层线圈与电极并联，然后与一台脉冲电源连接；非接触式多层线圈与电极串联，然后与一台脉冲电源连接；非接触式多层线圈与电极分别连接一个脉冲电源。液面脉冲磁致振荡技术与脉冲电流两种技术对金属熔体处理时有效作用区域并无交界，所以对于非接触式多层线圈与电极的连接方式从本质上是相同的。

本发明的有益效果是：

（1）脉冲电流和液面脉冲磁致振荡复合细化金属凝固组织技术，同单一的脉冲电流、单一的液面脉冲磁致振荡相比，可以在熔体内部和液面处均产生强效的电磁力振荡，促使在液面处和型壁处同时产生晶核，增大了形核区域，有效处理面积可较单一脉冲电流和液面脉冲磁致振荡处理时增加4-16倍，金属凝固组织得到细化效果。

（2）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，且拆装方便。

附图说明

图1是非接触式多层线圈与电极串联，然后与一台脉冲电源连接，脉冲电流和液面脉冲磁致振荡组合细化金属凝固组织示意图。

其中标号：1为非接触式多层线圈，2为电极，3为金属熔体，4为铸型。

图2是非接触式多层线圈与电极并联，然后与一台脉冲电源连接，脉冲电流和液面脉冲磁致振荡组合细化金属凝固组织示意图。

图3是非接触式多层线圈与电极分别连接一个脉冲电源，脉冲电流和液面脉冲磁致振荡组合细化金属凝固组织示意图。