一種控制晶體生長速率決定定向凝固一次枝晶間距的方法
2023-10-31 07:01:32
專利名稱：一種控制晶體生長速率決定定向凝固一次枝晶間距的方法
技術領域：
本發明屬於定向凝固技術領域，特指一種控制晶體生長速率決定定向凝固一次 枝晶間距的方法。
背景技術：
金屬凝固過程是以枝晶生長為主要形式，枝晶組織特徵和凝固界面直接影響著 凝固組織和材料的性能。其中枝晶間距是決定合金組織中溶質、中間相等性質的重要凝 固組織參數。晶體在定向凝固生長時，柱狀晶生長方向與熱流方向平行，兩者的方向相 反，晶體以一定的速度向液體內生長。枝晶尖端溫度與金屬或合金液相線溫度相等，其 晶界與枝晶的主軸平行，枝晶的主軸不斷產生分枝，最後形成一個完整晶粒。對於平行 排列的枝晶，他們的間隔被定義為一次枝晶間距。在定向凝固理論中，晶體生長速率是 定向凝固技術中的重要工藝參數，是影響金屬凝固、枝晶生長的一個重要因素。決定了 晶體的顯微組織(即枝晶間距)，枝晶間距小則晶粒細小，合金性能提高，因此可以滿足 工程等領域的需要。目前國內外對於定向凝固組織的影響因素的研究一般集中在定性分 析，關於定向凝固組織與可控凝固參數關係的定量研究在合金凝固過程中目前尚未有全 面的研究。本發明針對這一問題，開發了一種控制晶體生長速率決定定向凝固一次枝晶間 距的方法。
發明內容
本發明的目的提供一種控制晶體生長速率決定定向凝固一次枝晶間距的方法。 本發明具體技術方案為，對定向凝固Al_4.5%Cu合金一次枝晶間距進行控制，以滿足工 程等領域的需求。其特徵在於定向凝固Al-4.5% Cu合金在5kg坩堝下拉式真空定向 凝固爐中進行，其溫度由裝在加熱元件的三組熱電偶控制，工作時溫度控制在士5K。在 工作中熱電偶的放置與坩堝熱流方向相平行，在加熱和冷卻過程中，用熱電偶測得溫度 分布。為了保證爐溫，保持冷卻水(恆定溫度)在恆定水壓，同時固定冷卻水和發熱臺 之間的距離，以保證工作時溫度梯度恆定。通過控制電機的下拉速率來實現控制晶體生 長的速率，在抽拉速率不是很大時(小於lOOr/min)，電機的抽拉速率可近似等於晶體的 生長速率。本發明選用Al_4.5%Cu合金，通過表1的相關參數數據，得出晶體生長速率 與一次枝晶間距的內在關係。表1是本發明的相關參數數據。表1相關參數數據
權利要求
1. 一種控制晶體生長速率決定定向凝固一次枝晶間距的方法，其特徵在於定向凝 固Al-4.5% Cu合金在5kg坩堝下拉式真空定向凝固爐中進行，其溫度由裝在加熱元件 的三組熱電偶控制，工作時溫度控制在士5K;在工作中熱電偶的放置與坩堝熱流方向相 平行，在加熱和冷卻過程中，用熱電偶測得溫度分布；為了保證爐溫，保持冷卻水(恆 定溫度)在恆定水壓，同時固定冷卻水和發熱臺之間的距離，以保證工作時溫度梯度恆 定；通過控制電機的下拉速率來實現控制晶體生長的速率，在抽拉速率不是很大時(小 於lOOr/min)，電機的抽拉速率可近似等於晶體的生長速率；本發明選用A卜4.5% Cu合 金，通過表1的相關參數數據，得出晶體生長速率與一次枝晶間距的內在關係；表1是本 發明的相關參數數據。 表1相關參數數據
2.根據權利要求1所述的一種控制晶體生長速率決定定向凝固一次枝晶間距的方法， 定向凝固Al-4.5% Cu合金，抽拉速率40r/min時，測得一次枝晶間距327.6 μ m ；抽拉速 率60r/min時，測得一次枝晶間距159.7 μ m ；抽拉速率80r/min時，測得一次枝晶間距 125.7μιη ；但抽拉速率不能再增加，接近lOOr/min時，電機的抽拉速率已經不等於晶體 的生長速率，因此無法測得一次枝晶間距。
3.根據權利要求2所述的一種控制晶體生長速率決定定向凝固一次枝晶間距的方法， 定向凝固Al-4.5% Cu合金，抽拉速率可優選為80r/min時。
全文摘要
一種控制晶體生長速率決定定向凝固一次枝晶間距的方法，屬於定向凝固技術領域，其特徵在於定向凝固Al-4.5％Cu合金在5kg坩堝下拉式真空定向凝固爐中進行，其溫度由裝在加熱元件的三組熱電偶控制，工作時溫度控制在±5K。在工作中熱電偶的放置與坩堝熱流方向相平行，在加熱和冷卻過程中，用熱電偶測得溫度分布。為了保證爐溫，保持冷卻水(恆定溫度)在恆定水壓，同時固定冷卻水和發熱臺之間的距離，以保證工作時溫度梯度恆定。通過控制電機的下拉速率來實現控制晶體生長的速率，本發明選用Al-4.5％Cu合金，通過相關參數數據，得出晶體生長速率與一次枝晶間距的內在關係。
文檔編號C30B29/52GK102021456SQ201010508968
公開日2011年4月20日 申請日期2010年10月15日 優先權日2010年10月15日
發明者司乃潮, 司松海, 揚嵩, 鄭利波 申請人:鎮江憶諾唯記憶合金有限公司