[发明专利]金属材料液态深过冷和固态相变双联协控方法及装置

说明书

本发明属于金属材料制备技术领域，提供了金属材料液态深过冷和固态相变双联协控方法及装置。本发明提供的金属材料液态深过冷和固态相变双联协控装置包括加热系统(1)、冷却系统(2)和与所述加热系统连接的抽拉系统(3)；所述加热系统(1)包括样品容器(11)和热源(12)；所述样品容器(11)置于热源(12)内；所述加热系统(1)的样品容器(11)通过抽拉系统(3)进入或脱离所述冷却系统(2)。本发明提供的双联协控装置在加热系统进行深过冷后，通过抽拉系统直接将加热系统的样品容器拉入冷却系统进行冷却得到冷却样品；然后根据实际需要将冷却样品在加热系统和冷却系统中进行往复运动，实现固态相变的调控。本发明的装置可以实现深过冷和固态相变调控的一体操作，操作简单、操作难度小。

技术领域

本发明涉及金属材料制备技术领域，尤其涉及一种金属材料液态深过冷和固态相变双联协控方法及装置。

背景技术

深过冷处理可以通过控制液固相变来调控金属材料的凝固组织、优化金属材料的微观组织，进而改善金属材料的物理化学性能。深过冷处理主要是通过避免或清除异质晶核而实现大的热力学过冷，使熔体的生长不受外界散热条件控制。目前，有多种无容器处理技术可以实现液态金属的深过冷和快速凝固，如熔体浸浮、电磁悬浮、静电悬浮、落管等。其中，熔体浸浮方法是将液态金属浸入熔融玻璃净化剂中，由玻璃熔体产生浮力，实现类似无容器凝固。玻璃净化剂有两个作用：一是通过液态金属与熔融玻璃之间的物理吸附作用去除金属内部的杂质，其次是熔融玻璃可以将液态金属与加热容器壁隔离以消除形核催化作用。通常，玻璃净化剂的软化温度应低于合金液相线温度，不与金属发生反应，并且，易于和样品中的高熔点化合物及其它杂质反应生成低熔点化合物。相较于其他方法，熔体浸浮法不受样品尺寸限制，是实现三维大体积液态金属深过冷的重要方法之一。

固态相变处理也可以优化金属材料的微观组织，改善材料的物理化学性能。如淬火后的钢件硬度会提升，但同时也会变脆，而再做回火处理后可消除脆性。金属材料的固态相变调控过程步骤多、耗时长，所有操作都需要在真空环境下进行，因此，对装置的自动化程度要求很高。专利CN213866327U公开了一种铸件固溶时效热处理装置，其固溶、淬火和时效过程需要将材料转移到不同炉体中，装置体积大，操作繁琐，可实现的热处理方式少。专利CN213866322U公开了一种提高合金钢铸件硬度的热处理装置，其只通过气冷和水冷对铸件冷却，冷却速率有限。

深过冷处理和固态相变处理分属不同的领域。在现有技术中，深过冷处理需要在凝固装置中进行，要求装置具备金属材料无容器处理能力，并且真空度高。而固态相变处理需要在热处理炉中进行，要求装置的控温程序必须精确、可调参数多。因此，如果要完成深过冷处理和固态相变处理，需要先在凝固装置中获得深过冷样品，再将其移动到热处理炉中，其过程繁琐、操作难度大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种金属材料液态深过冷和固态相变双联协控方法及装置。本发明双联协控装置能够在同一个装置中，通过单次实验即可完成深过冷凝固和固态相变双联协控过程，操作简单，操作难度小。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种金属材料液态深过冷和固态相变双联协控装置，包括加热系统1、冷却系统2和与所述加热系统连接的抽拉系统3；

所述加热系统1包括样品容器11和热源12；所述样品容器11置于热源12内；

所述加热系统1的样品容器11通过抽拉系统3进入或脱离所述冷却系统2。

优选地，所述加热系统1还包括石墨感应器13和与所述石墨感应器13连接的升降部件；所述升降部件带动石墨感应器13进入或脱出样品容器11和热源12之间。

优选地，所述样品容器11为工字型样品容器。