專利名稱：改善金屬凝固組織的功率超聲導(dǎo)入法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改善金屬凝固組織的功率超聲導(dǎo)入法，適用于改善金屬凝固組織形態(tài)并使其均勻化和細(xì)化，屬金屬材料加工處理工藝技術(shù)領(lǐng)域。
目前功率超聲的導(dǎo)入主要采用頂部導(dǎo)入和底部導(dǎo)入兩種方式，這兩種導(dǎo)入方式各有其不足之處。對(duì)于底部導(dǎo)入而言，由于振蕩器和盛放金屬液的模子相粘接，有一部分超聲振動(dòng)不可避免地被模子吸收，從而降低了振動(dòng)效率，處理效果不理想。尤其對(duì)于重金屬則需要用比頂部導(dǎo)入更高地振動(dòng)強(qiáng)度才能取得相同的處理效果。頂部導(dǎo)入的效率雖較高，但變幅桿必須接觸金屬液，在超聲波使金屬液劇烈振動(dòng)的狀態(tài)下，金屬液表面的一些氧化物和雜質(zhì)會(huì)卷入金屬液內(nèi)部，形成外來夾雜，這將對(duì)合金的性能造成不良的影響。此外由于長時(shí)間和高溫金屬熔液相浸觸，會(huì)對(duì)變幅桿造成腐蝕和損耗，即提高了生產(chǎn)成本又影響處理效果。
本發(fā)明的一種改善金屬凝固組織的功率超聲導(dǎo)入法，其特征在于利用電流通過線圈產(chǎn)生的電磁力，通過特殊設(shè)置的變幅桿與坩堝緊密接觸，將超聲波從側(cè)部導(dǎo)入坩堝內(nèi)的金屬熔液中。
所述的坩堝采用吸磁性的鐵皮坩堝，在盛放金屬液的鐵皮坩堝側(cè)部設(shè)置特殊設(shè)計(jì)的變幅桿，該變幅桿呈圓柱形，由45號(hào)鋼制成，在該變幅桿的外周套上外徑為4毫米的空心銅管繞成的線圈，該銅管線圈可通以電流，其中心空腔可通入冷卻水，在低壓大電流作用下，整個(gè)線圈和變幅桿可產(chǎn)生強(qiáng)大磁場，將鐵皮坩堝牢牢吸?。辉谔子芯€圈變幅桿另一側(cè)設(shè)置有超聲發(fā)生器和磁致伸縮換能器，可以從其側(cè)部導(dǎo)入600w的功率超聲波，作用區(qū)域?yàn)榻饘偃垠w的下半部，啟動(dòng)超聲施振直至金屬液完全凝固。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果是一改傳統(tǒng)的頂部和底部導(dǎo)入法，不直接接觸金屬熔液，從而避免了變幅桿由于與高溫金屬液相浸觸所造成的腐蝕和損耗；不會(huì)造成表面氧化物和雜質(zhì)卷入金屬液內(nèi)部，避免了外來夾雜物。
圖中1-鐵制坩堝；2-鎂合金熔液；3-變幅桿；4-超聲發(fā)生器和磁致伸縮換能器；5-空心銅管線圈；6-試樣的橫截面；a-距變幅桿的近點(diǎn)；b-橫截面中心點(diǎn)；c-距變幅桿的遠(yuǎn)點(diǎn)。
本實(shí)施例采用ZM5為試驗(yàn)材料，其化學(xué)成分(wt％)為Al8.19，Zn0.35，Mn0.41，F(xiàn)e0.02，Si0.04，其余為Mg。它為一種鎂合金。將鎂合金裝在鐵皮坩堝里，先放進(jìn)電阻爐熔化，出爐溫度為680℃，將鐵皮坩堝從電阻爐里取出，放在平臺(tái)上，通電用線圈產(chǎn)生的電磁力將坩堝牢牢吸住，在熔液溫度為650℃時(shí)從側(cè)部導(dǎo)入600W(聲強(qiáng)為2.487W/cm2)的功率超聲，作用區(qū)域?yàn)槿垠w的下半部，施振直至金屬液完全凝固。
試驗(yàn)結(jié)束后，取出變幅桿直接作用的熔液區(qū)域中試樣的橫截面(圖中的試樣橫截面6及a，b，c三點(diǎn))進(jìn)行金相分析，分別取a，b，c三點(diǎn)，與在同樣的冷卻條件下未經(jīng)過超聲處理、在相同的位置的鎂合金組織進(jìn)行對(duì)比，可以看出未經(jīng)超聲處理和超聲處理后的組織有明顯的區(qū)別，處理后的組織更均勻，β(Mg17Al12)相更細(xì)小。從而證明了本]發(fā)明方法的功率超聲側(cè)部導(dǎo)入法的的有效性和實(shí)用性。
權(quán)利要求
1.一種改善金屬凝固組織的功率超聲導(dǎo)入法，其特征在于利用電流通過線圈產(chǎn)生的電磁力，通過特殊設(shè)置的變幅桿與坩堝緊密接觸，將超聲波從側(cè)部導(dǎo)入坩堝內(nèi)的金屬熔液中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善金屬凝固組織的功率超聲導(dǎo)入法，其特征在于，所述的坩堝采用吸磁性的鐵皮坩堝，在盛放金屬液的鐵皮坩堝側(cè)部設(shè)置特殊設(shè)計(jì)的變幅桿，所述的變幅桿呈圓柱形，由45號(hào)鋼制成，在該變幅桿的外周套上外徑為4毫米的空心銅管繞成的線圈，該銅管線圈可通以電流，其中心空腔可通入冷卻水，在低壓大電流作用下，整個(gè)線圈和變幅桿可產(chǎn)生強(qiáng)大磁場，將鐵皮坩堝牢牢吸??；在套有線圈變幅桿另一側(cè)設(shè)置有超聲發(fā)生器和磁致伸縮換能器，可以從其側(cè)部導(dǎo)入600w的功率超聲波，作用區(qū)域?yàn)榻饘偃垠w的下半部，啟動(dòng)超聲施振直至金屬液完全凝固。
全文摘要
本發(fā)明述及一種改善金屬凝固組織的功率超聲導(dǎo)入法，屬金屬材料加工處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法的特征在于利用電流通過線圈產(chǎn)生的電磁力，通過特殊設(shè)置的變幅桿與坩堝緊密接觸，將超聲波從側(cè)部導(dǎo)入坩堝內(nèi)的金屬熔液中。經(jīng)本發(fā)明功率超聲導(dǎo)入法處理的金屬，可改善凝固組織的形態(tài)，并使其均勻化和晶粒細(xì)化的效果。
文檔編號(hào)B22D27/08GK1478624SQ0314146
公開日2004年3月3日 申請(qǐng)日期2003年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月8日
發(fā)明者翟啟杰, 龔永勇, 戚飛鵬, 張海波, 侯旭 申請(qǐng)人:上海大學(xué)