一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法
阅读：1021发布：2020-07-25
专利汇可以提供一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 合金 铸件超强行波 磁场 连续处理定向 凝固 方法，它涉及一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法。本 发明 是为了解决现有 铸造 方法无法同时满足合金凝固过程中的补缩、 净化 、消除偏析及整体结构和组织均匀性的问题。方法如下：将合金材料置于 坩埚 中，利用 电机 运动装置使其进入熔炼保温装置作用区域进行熔炼；开启电机运动装置带动坩埚向下运动；同时，打开超强行波磁场发生装置；合金完全进入超强行波磁场发生装置作用区域时，关闭熔炼保温装置及电机运动装置，并开始进行超强行波磁场处理，直至合金完全凝固。本发明方法达到合金定向凝固过程的补缩、净化、除气、除杂、消除偏析及提高整体结构和组织均匀性的效果。本发明属于合金铸件定向凝固领域。，下面是一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法专利的具体信息内容。
1.一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法，其特征在于该凝固方法如下：
将合金材料置于坩埚(5)中，利用电机运动装置(6)使其进入熔炼保温装置(2)作用区域进行熔炼，采用测温装置(4)显示出加热区域的温度，在温度为高出合金材料熔点温度20～30℃的条件下加热至合金材料完全熔化，待合金材料完全熔化后，在该温度下进行保温
15min，开启电机运动装置(6)带动坩埚(5)向下运动，以1～500μm/s的速度向下抽拉；同时，打开超强行波磁场发生装置(1)及冷却结晶装置(3)；当熔化后的合金熔体进入超强行波磁场作用区域时，在磁场强度为50mT的条件下对合金熔体进行磁场连续处理，直至合金完全凝固；同时，冷却结晶装置(3)冷却，循环水冷却系统(13)对超强行波磁场发生装置(1)冷却，即完成合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法。
2.根据权利要求1所述一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法，其特征在于所述的合金材料为Zn-Al系合金、Al-Pb系合金或Al-Cu系合金。
3.根据权利要求1所述一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法，其特征在于所述的合金材料为MA2-1铝合金、U2Nb合金或ZL205A铝合金。
一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法，具体是一种合金铸件在定向凝固过程中实现超强行波磁场对合金固液界面糊状区及合金熔体进行连续处理的方法。
背景技术
[0002] 目前，传统的铸造技术在实际应用中，需要设计浇口、浇道，考虑浇注方式、浇注缝隙及补缩压力等问题，较为繁琐、不便；市场应用中，由于其工艺复杂、操作繁琐，材料利用率低，工业成本高，无法实现工业生产的连续自动化及市场的广泛需求，因此，传统方法无法广泛得以应用。
[0003] 目前，常规的定向凝固技术可以获得具有方向性组织及力学性能的均匀合金铸件，然而，却无法在定向凝固过程中对合金进行连续性净化、除气，也无法对合金进行偏析、缩松及缩孔进行有效抑制，而且对合金铸件的形状具有一定要求，因此，该技术也十分具有局限性，无法得以普遍运用。
[0004] 目前，常规的磁场处理技术可以对合金熔体进行净化、补缩。然而，却无法对合金凝固过程进行连续均匀处理，最终得到铸件内部组织十分不均匀，存在较多的偏析，整体结构力学性能的均匀性很难得到较大提高。
[0005] 综上，目前的铸造技术在补缩、净化、消除偏析及均匀性方面都无法全面满足需求。
发明内容
[0006] 本发明的目的是为了解决现有铸造方法无法同时满足合金凝固过程中的补缩、净化、消除偏析及整体结构和组织均匀性的问题，提供了一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法。
[0007] 一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法，其特征在于该凝固方法如下：
[0008] 将合金材料置于坩埚中，利用电机运动装置使其进入熔炼保温装置作用区域进行熔炼，采用测温装置显示出加热区域的温度，在温度为高出合金材料熔点温度20～30℃的条件下加热至合金材料完全熔化，待合金材料完全熔化后，在该温度下进行保温15min，开启电机运动装置带动坩埚5向下运动，以1～500μm/s的速度向下抽拉；同时，打开超强行波磁场发生装置及冷却结晶装置；当熔化后的合金熔体进入超强行波磁场作用区域时，在磁场强度为0～50mT的条件下对合金熔体进行磁场连续处理，直至合金完全凝固；同时，冷却结晶装置冷却，循环水冷却系统对超强行波磁场发生装置冷却，使合金产生较大的温度梯度，而实现定向凝固；通过超强行波磁场发生装置、熔炼保温装置、冷却结晶装置、测温装置、坩埚和电机运动装置的共同作用，使得超强行波磁场可以有效连续作用于合金凝固过程中的固液界面，改变合金固液界面的组织、形貌，净化合金熔体，除去合金中夹杂、气体，同时对合金进行补缩，消除铸件的偏析以及缩松、缩孔等缺陷，最终获得组织均匀、性能优良的铸件，即完成合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法。
[0009] 一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法，其特征在于该凝固方法如下：
[0010] 将合金材料置于坩埚中，利用电机运动装置使其进入熔炼保温装置作用区域进行熔炼；采用测温装置显示出加热区域的温度，分别在温度为高出合金材料熔点温度20～30℃的条件下加热至合金材料完全熔化，待合金完全熔化后，在该温度下进行保温15min，开启电机运动装置带动坩埚向下运动；同时，打开冷却结晶装置；熔化后合金进入冷却结晶装置作用区域时，合金底部迅速冷却结晶，顶部继续受到熔炼保温装置加热作用，合金出现较高温度梯度，实现定向凝固；并且配合电机运动装置完成定向凝固的抽拉运动，即完成合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法。
[0011] 一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法，其特征在于该凝固方法如下：
[0012] 将合金材料置于坩埚中，利用电机运动装置使其进入熔炼保温装置作用区域进行熔炼；采用测温装置显示出加热区域的温度，在温度为高出合金材料熔点温度20～30℃的条件下加热至合金材料完全熔化，待合金完全熔化后，在该温度下进行保温15min，开启电机运动装置带动坩埚向下运动；同时，打开超强行波磁场发生装置；合金完全进入超强行波磁场发生装置作用区域时，关闭熔炼保温装置及电机运动装置，并开始进行超强行波磁场处理，在磁场强度为0～50mT的条件下对合金熔体进行磁场连续处理，直至合金完全凝固，实现净化熔体、减小偏析的效果，即完成合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法。
[0013] 所述的合金材料为宽凝固区间合金材料Mg-Al-Zn系合金、Zn-Al系合金、Al-Pb系合金或Al-Cu系合金及其他铸造过程易产生缩松、缩孔、偏析缺陷合金材料。
[0015] 本发明主要效果包括以下五个内容：
[0016] 本发明主要效果一：通过超强行波磁场处理系统，定向凝固系统和运动系统相互配合，在合金铸件定向凝固过程中实现超强行波磁场对合金固液界面糊状区11及合金熔体的连续处理。通过超强行波磁场作用，可以改变合金凝固环境的力场、温度场和浓度场，改变固液界面糊状区组织的形貌、相成分，改变溶质分配系数，影响合金的凝固组织，抑制偏析，并起到细化枝晶的作用；同时，通过超强行波磁场的净化作用，进行除气、除杂；此外，超强行波磁场产生的非接触式体积力可以有效作用于合金熔体，对其进行显著补缩作用，明显消除缩松、缩孔等缺陷，改善铸件质量，提高铸件力学性能。配合定向凝固及合理的运动系统调整，使超强行波磁场的作用可以充分且均匀地作用于合金熔体及固液界面糊状区11，最终达到合金定向凝固过程的补缩、净化、除气、除杂、消除偏析及提高整体结构和组织均匀性的效果。
[0017] 本发明主要效果二：铸造过程所使用超强行波磁场处理系统主要包括超强行波磁场发生器1与循环水冷却系统13，通过采用快速流动循环水对超强行波磁场发生器1进行快速冷却，实现磁场线圈在超高电流的使役环境下具有超长作用时间，并获得超强行波磁场。
[0018] 本发明主要效果三：合金铸件凝固过程属于定向凝固，定向凝固系统主要包括冷却结晶装置3和梯度加热系统4，通过梯度加热系统4对坩埚5中的合金进行加热熔化，并以梯度形式进行保温，同时配合冷却结晶装置3的强制冷却降温效果，实现合金凝固过程的超大温度梯度，达到充分定向凝固效果；同时，冷却结晶装置3使用向下水雾形式进行冷却，增大安全性，并降低使用成本。
[0019] 本发明主要效果四：本发明方法消除了传统铸造过程中为进行补缩作用所使用的冒口、浇口和浇道，减少了材料损失，降低了生产成本。
[0020] 本发明主要效果五：本发明所述的一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法，所使用的坩埚形状尺寸均无限制，对于合金铸件的形状尺寸均无要求，可以实现任何形状的铸件超强行波磁场连续处理定向凝固效果。附图说明
[0021] 图1是本发明采用的一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固设备的整体结构示意图；
[0022] 图2是超强行波磁场发生装置1的结构示意图，图中标记8为电源，9为铜管；
[0023] 图3是本发明一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法中超强行波磁场发生系统对合金定向凝固过程连续性磁场处理的原理示意图；
[0024] 图4是本发明一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法中合金材料实现连续性定向凝固及超大温度梯度的原理示意图；
[0025] 图5是是本发明方法中超强行波磁场发生系统对合金定向凝固过程连续性磁场处理的原理示意图，图中10表示合金熔体，11表示固液界面糊状区，12表示固态合金，13表示循环冷却水。
具体实施方式
[0026] 本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
[0027] 具体实施方式一：本实施方式一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法如下：
[0028] 将合金材料置于坩埚5中，利用电机运动装置6使其进入熔炼保温装置2作用区域进行熔炼，采用测温装置4显示出加热区域的温度，在温度为高出合金材料熔点温度20～30℃的条件下加热至合金材料完全熔化，待合金材料完全熔化后，在该温度下进行保温15min，开启电机运动装置6带动坩埚5向下运动，以1～500μm/s的速度向下抽拉；同时，打开超强行波磁场发生装置1及冷却结晶装置3；当熔化后的合金熔体进入超强行波磁场作用区域时，在磁场强度为0～50mT的条件下对合金熔体进行磁场连续处理，直至合金完全凝固；
同时，冷却结晶装置3冷却，循环水冷却系统13对超强行波磁场发生装置1冷却，即完成合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法。
同时，冷却结晶装置3冷却，循环水冷却系统13对超强行波磁场发生装置1冷却，即完成合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法。
[0029] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的合金材料为宽凝固区间合金材料Mg-Al-Zn系合金、Zn-Al系合金、Al-Pb系合金或Al-Cu系合金及其他铸造过程易产生缩松、缩孔、偏析缺陷合金材料。其它与具体实施方式一相同。
[0030] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是所述的合金材料为MA2-1合金、U2Nb合金或ZL205A铝合金。其它与具体实施方式一或二之一相同。
[0031] 具体实施方式四：本实施方式一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法如下：将合金材料置于坩埚5中，利用电机运动装置6使其进入熔炼保温装置2作用区域进行熔炼；采用测温装置4显示出加热区域的温度，分别在温度为高出合金材料熔点温度20～30℃的条件下加热至合金材料完全熔化，待合金完全熔化后，在该温度下进行保温15min，开启电机运动装置6带动坩埚5向下运动；同时，打开冷却结晶装置3；熔化后合金进入冷却结晶装置3作用区域时，合金底部迅速冷却结晶，顶部继续受到熔炼保温装置2加热作用，合金出现较高温度梯度，实现定向凝固；并且配合电机运动装置6完成定向凝固的抽拉运动，即完成合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法。
[0032] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是所述的合金材料为宽凝固区间合金材料Mg-Al-Zn系合金、Zn-Al系合金、Al-Pb系合金或Al-Cu系合金及其他铸造过程易产生缩松、缩孔、偏析缺陷合金材料。其它与具体实施方式四相同。
[0033] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是所述的合金材料为MA2-1合金、U2Nb合金或ZL205A铝合金。其它与具体实施方式四或五相同。
[0034] 具体实施方式七：本实施方式一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法如下将合金材料置于坩埚5中，利用电机运动装置6使其进入熔炼保温装置2作用区域进行熔炼；采用测温装置4显示出加热区域的温度，在温度为高出合金材料熔点温度20～30℃的条件下加热至合金材料完全熔化，待合金完全熔化后，在该温度下进行保温15min，开启电机运动装置6带动坩埚5向下运动；同时，打开超强行波磁场发生装置1；合金完全进入超强行波磁场发生装置1作用区域时，关闭熔炼保温装置2及电机运动装置6，并开始进行超强行波磁场处理，在磁场强度为0～50mT的条件下对合金熔体进行磁场连续处理，直至合金完全凝固，即完成合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法：。
[0035] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是所述的合金材料为宽凝固区间合金材料Mg-Al-Zn系合金、Zn-Al系合金、Al-Pb系合金或Al-Cu系合金及其他铸造过程易产生缩松、缩孔、偏析缺陷合金材料。其它与具体实施方式七相同。
[0036] 具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八不同的是所述的合金材料为MA2-1合金、U2Nb合金或ZL205A铝合金。其它与具体实施方式七或八相同。
[0037] 具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七或八不同的是在磁场强度为2～40mT的条件下对合金熔体进行磁场连续处理。其它与具体实施方式七或八相同。
[0038] 采用下述实验验证本发明效果:
[0039] 实验一：
[0040] 一种合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法：
[0041] 将MA2-1铝合金材料置于坩埚5中，利用电机运动装置6使其进入熔炼保温装置2作用区域进行熔炼；采用测温装置4显示出加热区域的温度，在温度为高出合金材料熔点温度20～30℃的条件下加热至合金材料完全熔化，待合金完全熔化后，在该温度下进行保温
15min，开启电机运动装置6带动坩埚5向下运动；同时，打开超强行波磁场发生装置1；合金进入超强行波磁场发生装置1作用区域时，关闭熔炼保温装置2，并开始进行超强行波磁场处理，当熔化后的合金熔体进入超强行波磁场作用区域时，在磁场强度为40mT的条件下对合金熔体进行磁场处理，直至合金完全凝固，即完成合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法。
15min，开启电机运动装置6带动坩埚5向下运动；同时，打开超强行波磁场发生装置1；合金进入超强行波磁场发生装置1作用区域时，关闭熔炼保温装置2，并开始进行超强行波磁场处理，当熔化后的合金熔体进入超强行波磁场作用区域时，在磁场强度为40mT的条件下对合金熔体进行磁场处理，直至合金完全凝固，即完成合金铸件超强行波磁场连续处理定向凝固方法。
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