內置激冷與振蕩作用下的凝固細晶工藝方法
2023-10-31 05:52:42 1
專利名稱：內置激冷與振蕩作用下的凝固細晶工藝方法
技術領域：
本發明涉及一種內置激冷與振蕩共同作用下的凝固細晶工藝方法，屬金屬加工處理工藝技術領域。
背景技術：
目前，國內外用於金屬凝固細晶的工藝方法有兩種一種是藉助外來能量，如外加物理場，包括電磁攪拌、脈衝電流、超聲波、機械振動；一種是藉助外來異質結晶核心，如化學處理工藝、微區成分擾動生核處理工藝。儘管上述處理方式都取得了明顯的細化效果，然而，外加物理場需要特殊的設備和工藝。與外加物理場處理方法不同的是，化學處理方法和添加外來物質工藝不僅成本高，工藝複雜，且外來物質顆粒可能促使夾雜增多，從而造成了汙染，材料塑性降低等缺點。
金屬凝固組織細化後，可促使組織和化學成本均勻、熱裂傾向減小、宏觀偏析現象減少，從而使其力學性能提高。因此，細化晶粒一直是金屬材料加工研究的主要內容之一。
發明內容
本發明的目的是提供一種內置激冷與振蕩聯合作用下的凝固細晶工藝方法。本發明的另一目的是提供一種無汙染的環保型金屬凝固組織細化新工藝。
本發明一種內置激冷與振蕩共同作用下的凝固細晶工藝方法，其特徵在於具有以下的工藝過程和步驟a.將鋁含量大於99.6％的工業純鋁鋁塊放置於電阻爐內加熱熔煉至760～780℃，保溫0.5小時後出爐；b.在740～750℃時，將鋁熔液澆注於特定的砂型中；該砂型的上部設置有一U形冷卻水管，其外部伸出部位與微振電機上面的彈簧相連接；U形冷卻水管浸入砂型內的鋁熔液中；打開電源，使微振電機對該系統施加振動；輸入電壓為220～380V，電機振動頻率為1～3kHz；冷卻水的水壓為0.6～0.7MPa，冷卻水入口溫度為25℃，出口溫度為45℃；c.上述過程處理2～3小時後，逐步降溫，使鋁熔體凝固，最終獲得含有大量凝細晶的鋁金屬型塊。
本發明一種內置激冷與振蕩共同作用下的凝固細晶工藝方法所用的專用裝置，它包括有U形冷卻水管、彈簧、微振電機和模型，其特徵是可盛放金屬熔體的模型的上部設置有一U形冷卻水管，U形水管的外部伸出部位與微振電機上面的彈簧相連接；U形冷卻水管浸入模型內的金屬熔體中；U型冷卻水管的材料為含鉻和鋯的合金銅管；微振電機的輸入電壓為220～380V，其振動頻率為1～3kHz。
本發明的特點是採用一種新的內置水冷振蕩裝置，通過激冷形成結晶核心，並通過振蕩造成絲晶核心的脫落、漂移和增殖，同時改變熔體內部液體流場和溫度場，獲得理想的凝固細晶組織，以改變材料的性能。
在通常凝固條件下，只有少量的原子團簇作為形核核心，得到的晶粒比較粗大；而當在激冷條件下，大量的原子團簇都作為有效的形核核心存在，同時在微振動和金屬熔體流動的條件下，這些核心脫落、漂移並增殖，得到了大量游離的晶粒，從而使金屬熔體得以凝固細晶化。同時也避免了中心偏析的缺陷。
本發明是一種緣色無汙染的環保型處理方法，同時對材料本身也不會汙染，既提高了材料的可回用性，又減小了環境負荷。本發明工藝簡單，操作方便。本發明方法也適用於鋁合金、銅及銅合金、鎂及鎂合金等金屬的鑄造。
圖1為本發明中用數位相機拍攝出來低倍光學的對比照片。其中a為未作激冷振蕩處理的凝固試樣；b為經本發明激冷振蕩處理的凝固試樣。
圖2為本發明內置激冷與振蕩凝固細晶工藝的專用裝置示意圖。
其中數字標記符號表示如下1-U形冷卻水管，2-彈簧，3-微振電機，4-模型。
具體實施例方式
現將本發明的具體實施例敘述於後。
實施例1本實施例中的工藝過程和步驟如下(1)採用工業純鋁鋁塊的化學成分如下(wt％)Al≥99.6％，Cu 0.01％，Si 0.08％，其他微量元素0.21％。將該鋁塊放置於電阻爐內加熱熔煉至770℃，保溫0.5小時後出爐。
(2)745℃時，將鋁熔液澆注於特定的砂型中；該砂型的上部設置有U形冷卻水管，其外部伸出部位與微振電機上面的彈簧相連接；U形冷卻水管浸入砂型內的鋁熔液中；打開電源，使微振電機對該系統施加振動；輸入電壓為220～380V，電機振動頻率為1～3kHz；冷卻水的水壓為0.70MPa，冷卻水入口溫度為25℃，出口溫度為45℃。
(3)上述過程處理2小時後，逐步降溫，使鋁熔體凝固，最終獲得含有大量凝固細晶的鋁金屬型塊。
上述實施例中，採用的專用裝置的結構如下所述參見圖2，該圖為本發明內置激冷與振蕩凝固細晶工藝專用裝置示意圖。
該裝置包括有一U形冷卻水管1、彈簧2、微振電機3和模型4；可盛放鋁熔體的模型4的上部設置有一U形冷卻水管1，U形水管1的二側外部伸出部位各與微振電機3上面的彈簧2相連接；U形冷卻水管浸入模型4內的鋁金屬熔體中；U形冷卻水管的材料為含鉻和鋯的合金銅管(Cr 0.5～1.5％，Zr 0.08～0.3％，Cu≥98％)；微振電機的輸入電壓為220～380V，其振動頻率為1～3kHz。模型4的內腔尺寸為φ50×110mm。
樣品所攝的低倍光學照片如圖1中所示。參見圖1中的照片，其中a為未作激冷振蕩處理的鋁凝固試樣圖；b作經本發明激冷振蕩處理的鋁凝固試樣圖。
從上述照片中可見到，經處理的鋁試樣具有均勻分布的凝固細晶，其凝固組織已顯著細化；而未處理的鋁試樣則呈現有粗大柱狀晶粒。兩者對比非常明顯。
權利要求
1.一種內置激冷與振蕩共同作用下的凝固細晶工藝方法，其特徵在於具有以下的工藝過程和步驟a.將鋁含量大於99.6％的工業純鋁鋁塊放置於電阻爐內加熱熔煉至760～780℃，保溫0.5小時後出爐；b.在740～750℃時，將鋁熔液澆注於特定的砂型中；該砂型的上部設置有一U形冷卻水管，其外部伸出部位與微振電機上面的彈簧相連接；U形冷卻水管浸入砂型內的鋁熔液中；打開電源，使微振電機對該系統施加振動；輸入電壓為220～380V，電機振動頻率為1～3kHz；冷卻水的水壓為0.6～0.7MPa，冷卻水入口溫度為25℃，出口溫度為45℃；c.上述過程處理2～3小時後，逐步降溫，使鋁熔體凝固，最終獲得含有大量凝固細晶的鋁金屬型塊。
2.一種內置激冷與振蕩共同作用下的凝固細晶工藝方法所用的專用裝置，它包括有U形冷卻水管1、彈簧2、微振電機3和模型4，其特徵是可盛放金屬熔體的模型4的上部設置有一U形冷卻水管1，U形水管1的外部伸出部位與微振電機3上面的彈簧2相連接；U形冷卻水管浸入模型4內的金屬熔體中；U型冷卻水管的材料為含鉻和鋯的合金銅管；微振電機的輸入電壓為220～380V，其振動頻率為1～3kHz。
全文摘要
本發明涉及一種內置激冷與振蕩共同作用下的凝固細晶工藝方法，屬金屬加工處理工藝技術領域。本發明的特徵是將鋁塊先於760～780℃下熔煉，隨後將其澆注於特定砂型中；該砂型的上部設置有一U形冷卻水管，其外部伸出部位與微振電機上面的彈簧相連接，U形管浸入砂型內的鋁熔液中；通過微振電機對該系統施加振動，輸入電壓為220～380V；電機振動頻率為1～3kHz；冷卻水水壓為0.6～0.7MPa，冷卻水入口溫度為25℃，出口溫度為45℃；降溫後鋁熔體凝固，最終獲得有大量凝固細晶的鋁金屬型塊。
文檔編號B22D27/00GK1944702SQ20061002923
公開日2007年4月11日 申請日期2006年7月21日 優先權日2006年7月21日
發明者翟啟傑, 杜衛東, 廖希亮, 劉旭峰, 李仁興 申請人:上海大學