專利名稱：金屬棒材連續(xù)區(qū)域熔化和凝固細(xì)晶化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬棒材連續(xù)區(qū)域熔化和凝固細(xì)晶化的方法，屬金屬材料熱加工
背景技術(shù)：
在材料科學(xué)領(lǐng)域里，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(fā)新型材料的重要途徑。特別是對于高熔點金屬，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，具有很大的難度，另外對于脆性金屬，其組織不能通過壓力加工手段來改善和細(xì)化。因此研究金屬凝固控制技術(shù)，改善其凝固組織，減小宏觀偏析，消除裂紋，提高鑄坯質(zhì)量，具有十分重要的意義。
傳統(tǒng)的方法是以化學(xué)處理方法為主的凝固細(xì)晶技術(shù)。隨著物理電子等領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使大功率電流等物理手段的產(chǎn)生成為可能。
國內(nèi)外學(xué)者采用直流電流、交流電流、以及脈沖電流處理金屬熔體，取得了一些研究成果。但是，目前該領(lǐng)域已有的工作主要集中在便于開展實驗研究的低熔點合金上，關(guān)于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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是將區(qū)域熔煉和脈沖電流細(xì)品技術(shù)相結(jié)合，提供一種簡便易行、連續(xù)處理和細(xì)化金屬棒材凝固組織的方法。
本發(fā)明的特點是將金相組織粗大的金屬棒材的兩端與脈沖電源連接，并采用感應(yīng)加熱技術(shù)，對金屬棒材采取連續(xù)區(qū)域局部熔化及連續(xù)冷卻凝固細(xì)晶化的作業(yè)方式，并以此方式與手段來實現(xiàn)上述發(fā)明目的。
本發(fā)明的一種金屬棒材連續(xù)區(qū)域熔化和凝固細(xì)晶的方法，其特征在于將可下降(或上升)移動的金屬棒材通過感應(yīng)加熱系統(tǒng)進行連續(xù)區(qū)域熔化，與此同時，對兩端連接有脈沖電源系統(tǒng)的金屬棒材施加脈沖電流，電流的脈沖頻率為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(fā)明由于其特點是在電流作用下對金屬棒材進行連續(xù)區(qū)域熔化和凝固細(xì)晶化，它不同于其它電流凝固方法，在整個工作過程中始終給棒材通電，對每一時刻局部處于熔化狀態(tài)的金屬液施加選定的脈沖電流，來控制材料凝固組織和性能。本發(fā)明采用物理手段細(xì)化凝固組織，而不是向金屬液中加入化學(xué)試劑，因此不存在對金屬液的污染。本發(fā)明即適用于合金又適用于純金屬；既適用于低熔點金屬又適用于高熔點金屬，既適用于塑性金屬又適用于脆性金屬；特別是解決高熔點金屬的凝固細(xì)晶處理。
本發(fā)明由于采用棒材本身做電流導(dǎo)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。由于采用磁場感應(yīng)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(fā)明的脈沖電流處理技術(shù)能使凝固組織晶粒細(xì)化、分布均勻、可消除宏觀偏析和縮松、縮孔、裂紋等收縮缺陷。對于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(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小片狀和小塊狀，使石墨分布更加均勻。
本發(fā)明具有無污染、操作方便、效果顯著等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明連續(xù)區(qū)域熔化和凝固細(xì)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(qū)，3表示感應(yīng)線圈，4表示電極夾頭，5表示運動夾頭，A表示感應(yīng)加熱系統(tǒng)，B表示脈沖電源系統(tǒng)，C表示運動機構(gòu)系統(tǒng)。
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(xué)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余量。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(qū)域溫度為1250℃，棒材下降移動速度v＝0.2mm/s，脈沖電流參數(shù)分別為電流峰值I＝500A、脈沖頻率f’＝4000Hz，輸出電壓U＝80V。
按附圖布置方式進行具體操作。采用連續(xù)區(qū)域熔化和連續(xù)凝固方式，區(qū)域熔化從鑄鐵棒材1的一端開始，然后通過運動機構(gòu)C使棒材1和感應(yīng)加熱線圈3作相對運動，使棒材1熔化區(qū)2逐漸向另一端移動，逐步完成整個棒材的熔化和凝固，最后在脈沖電流作用下，達(dá)到棒材1晶相組織的全部細(xì)化。
鑄鐵棒材1兩端通過電極夾頭4與脈沖電源3的正負(fù)極相連接，并通過運動夾頭5與運動機構(gòu)系統(tǒng)C連接。感應(yīng)線圈3的加熱是通過感應(yīng)加熱系統(tǒng)A來實現(xiàn)的。
試驗結(jié)果表示，經(jīng)脈沖電流處理后的凝固組織，其石墨由粗大塊狀或長片狀已轉(zhuǎn)變?yōu)榉浅＜?xì)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(quán)利要求
1.一種金屬棒材連續(xù)區(qū)域熔化和凝固細(xì)晶的方法，其特征在于將可下降(或上升)移動的金屬棒材通過感應(yīng)加熱系統(tǒng)進行連續(xù)區(qū)域熔化，與此同時，對兩端連接有脈沖電源系統(tǒng)的金屬棒材施加脈沖電流，電流的脈沖頻率為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(fā)明提供了一種金屬棒材連續(xù)區(qū)域熔化和凝固細(xì)晶的方法，屬金屬材料熱加工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的特征在于將可下降(或上升)移動的金屬棒材通過感應(yīng)加熱系統(tǒng)進行連續(xù)區(qū)域熔化，與此同時，對兩端連接有脈沖電源系統(tǒng)的金屬棒材施加脈沖電流，電流的脈沖頻率為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(yōu)先權(quán)日2003年5月27日
發(fā)明者翟啟杰, 范金輝, 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(xué)