金屬棒材連續區域熔化和凝固細晶化的方法
2023-10-04 15:38:44 1
專利名稱：金屬棒材連續區域熔化和凝固細晶化的方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬棒材連續區域熔化和凝固細晶化的方法，屬金屬材料熱加工
背景技術：
在材料科學領域裡，控制金屬材料的凝固過程是提高金屬工程材料和鑄件性能以及開發新型材料的重要途徑。特別是對於高熔點金屬，生產工藝複雜，具有很大的難度，另外對於脆性金屬，其組織不能通過壓力加工手段來改善和細化。因此研究金屬凝固控制技術，改善其凝固組織，減小宏觀偏析，消除裂紋，提高鑄坯質量，具有十分重要的意義。
傳統的方法是以化學處理方法為主的凝固細晶技術。隨著物理電子等領域科學技術的飛速發展，使大功率電流等物理手段的產生成為可能。
國內外學者採用直流電流、交流電流、以及脈衝電流處理金屬熔體，取得了一些研究成果。但是，目前該領域已有的工作主要集中在便於開展實驗研究的低熔點合金上，關於高熔點合金的研究尚存在許多困難，一直未有一種簡便易行的方法。
發明內容
本發明的目的是將區域熔煉和脈衝電流細品技術相結合，提供一種簡便易行、連續處理和細化金屬棒材凝固組織的方法。
本發明的特點是將金相組織粗大的金屬棒材的兩端與脈衝電源連接，並採用感應加熱技術，對金屬棒材採取連續區域局部熔化及連續冷卻凝固細晶化的作業方式，並以此方式與手段來實現上述發明目的。
本發明的一種金屬棒材連續區域熔化和凝固細晶的方法，其特徵在於將可下降(或上升)移動的金屬棒材通過感應加熱系統進行連續區域熔化，與此同時，對兩端連接有脈衝電源系統的金屬棒材施加脈衝電流，電流的脈衝頻率為f為1-10KHz，輸出電壓U為50-1000V，電流峰值I為50-5000A，棒材直徑d為5-100mm，運動速度v為0.1-10mm/s。
本發明由於其特點是在電流作用下對金屬棒材進行連續區域熔化和凝固細晶化，它不同於其它電流凝固方法，在整個工作過程中始終給棒材通電，對每一時刻局部處於熔化狀態的金屬液施加選定的脈衝電流，來控制材料凝固組織和性能。本發明採用物理手段細化凝固組織，而不是向金屬液中加入化學試劑，因此不存在對金屬液的汙染。本發明即適用於合金又適用於純金屬；既適用於低熔點金屬又適用於高熔點金屬，既適用於塑性金屬又適用於脆性金屬；特別是解決高熔點金屬的凝固細晶處理。
本發明由於採用棒材本身做電流導入電極，這保證了整個棒材的熔體能夠受到相同電流密度的處理，同時電流在棒材橫截面上分布對稱均勻。由於採用磁場感應加熱方式，使用方便，安全可靠，而且加熱速度快，可滿足高熔點材料的熔煉需求。本發明的脈衝電流處理技術能使凝固組織晶粒細化、分布均勻、可消除宏觀偏析和縮松、縮孔、裂紋等收縮缺陷。對於鑄鐵則大大減小了共晶團尺寸，使石墨由粗大塊狀或長片狀轉變為細小片狀和小塊狀，使石墨分布更加均勻。
本發明具有無汙染、操作方便、效果顯著等優點。
圖1為本發明連續區域熔化和凝固細晶化工藝方法的示意圖。
圖中1表示金屬棒材，2表示局部熔化區，3表示感應線圈，4表示電極夾頭，5表示運動夾頭，A表示感應加熱系統，B表示脈衝電源系統，C表示運動機構系統。
具體實施例方式
實施例一將直徑為d＝20mm的鑄鐵棒進行處理，其化學成分及重量百分比含量(％)為C 4.10、Si 1.92、Mn 0.22、P 0.058、S 0.023 Fe餘量。使用功率為P＝15kW，高頻電磁頻率f＝100KHz的高頻加熱電源，鑄鐵棒熔化區域溫度為1250℃，棒材下降移動速度v＝0.2mm/s，脈衝電流參數分別為電流峰值I＝500A、脈衝頻率f』＝4000Hz，輸出電壓U＝80V。
按附圖布置方式進行具體操作。採用連續區域熔化和連續凝固方式，區域熔化從鑄鐵棒材1的一端開始，然後通過運動機構C使棒材1和感應加熱線圈3作相對運動，使棒材1熔化區2逐漸向另一端移動，逐步完成整個棒材的熔化和凝固，最後在脈衝電流作用下，達到棒材1晶相組織的全部細化。
鑄鐵棒材1兩端通過電極夾頭4與脈衝電源3的正負極相連接，並通過運動夾頭5與運動機構系統C連接。感應線圈3的加熱是通過感應加熱系統A來實現的。
試驗結果表示，經脈衝電流處理後的凝固組織，其石墨由粗大塊狀或長片狀已轉變為非常細小的片狀或點狀，石墨分布更加均勻。另外在機械性能方面也有較大的改善和提高。
權利要求
1.一種金屬棒材連續區域熔化和凝固細晶的方法，其特徵在於將可下降(或上升)移動的金屬棒材通過感應加熱系統進行連續區域熔化，與此同時，對兩端連接有脈衝電源系統的金屬棒材施加脈衝電流，電流的脈衝頻率為f為1-10KHz，輸出電壓U為50-1000V，電流峰值I為50-5000A，棒材直徑d為5-100mm，運動速度v為0.1-10mm/s。
全文摘要
本發明提供了一種金屬棒材連續區域熔化和凝固細晶的方法，屬金屬材料熱加工技術領域。本發明的特徵在於將可下降(或上升)移動的金屬棒材通過感應加熱系統進行連續區域熔化，與此同時，對兩端連接有脈衝電源系統的金屬棒材施加脈衝電流，電流的脈衝頻率為f為1－10KHz，輸出電壓U為50－1000V，電流峰值I為50－5000A，棒材直徑d為5－100mm，運動速度v為0.1－10mm/s。
文檔編號B22D27/02GK1487103SQ03128850
公開日2004年4月7日 申請日期2003年5月27日 優先權日2003年5月27日
發明者翟啟傑, 範金輝, 李仁興, 陳宇, 劉立強, 華勤, 李祖齊, 侯旭, 富知愚 申請人:上海大學