磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造方法及裝置，屬于金屬材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明方法是采用高過熱度保證充型的基礎(chǔ)上，控制脈沖磁場(chǎng)的施加時(shí)間，當(dāng)模壁處晶核生長(zhǎng)到1～10μm的情況下，利用施加的脈沖磁場(chǎng)在金屬熔體產(chǎn)生電磁振蕩和強(qiáng)制對(duì)流，將模壁處的晶核沖刷下來，并帶入到熔體中去，此時(shí)脫落晶核尺寸較大，易存活下來成為有效形核核心，增加形核率，從而細(xì)化鑄件凝固組織。本發(fā)明裝置由脈沖磁場(chǎng)發(fā)生裝置、脈沖磁場(chǎng)作用裝置和溫度控制系統(tǒng)組成。本發(fā)明涉及的方法和裝置可用于高溫合金、高合金鋼等金屬材料復(fù)雜精密鑄件和大型薄壁復(fù)雜鑄件的細(xì)晶鑄造，能夠細(xì)化合金凝固組織。
【專利說明】磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造方法及裝置，屬于金屬材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]金屬材料的凝固組織控制是實(shí)現(xiàn)金屬材料組織細(xì)化和均質(zhì)化的一個(gè)關(guān)鍵，被視為提高其力學(xué)性能和加工性能的重要手段，一直是金屬材料制備過程追求的目標(biāo)和研究的重要課題之一。在眾多控制凝固過程的方法中，電磁控制凝固受到人們的極大關(guān)注。通過改變電磁場(chǎng)作用的類型、方式、強(qiáng)度、時(shí)間等參數(shù)，再結(jié)合控制凝固的冷卻過程，對(duì)凝固過程實(shí)施控制。電磁控制凝固目前應(yīng)用最多的是交變連續(xù)電磁場(chǎng)，在鋼的連鑄中取得廣泛應(yīng)用。連續(xù)磁場(chǎng)主要產(chǎn)生電磁攪拌作用，雖然可細(xì)化晶粒，卻有引起成分偏析的問題。
[0003]近年來，脈沖電磁場(chǎng)控制凝固引起人們的重視。脈沖磁場(chǎng)在熔體中可產(chǎn)生電磁振蕩，起到強(qiáng)烈的晶粒細(xì)化作用，同時(shí)具有一定的電磁對(duì)流作用使細(xì)晶均勻分布，顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在國(guó)外，如美國(guó)主要開展的脈沖電流晶粒細(xì)化研究，由于要依靠電極引入熔體脈沖電流，所以其應(yīng)用受到一定限制。日本和烏克蘭等國(guó)正在研發(fā)脈沖磁場(chǎng)在鋼連鑄中的應(yīng)用技術(shù)，發(fā)現(xiàn)脈沖磁場(chǎng)可減輕連鑄坯的中心偏析和改善表面質(zhì)量。目前，國(guó)內(nèi)一些單位如寶鋼和上海大學(xué)也正在開展脈沖磁場(chǎng)細(xì)化金屬凝固組織的研究，并致力于促進(jìn)在工業(yè)上的應(yīng)用。但是國(guó)內(nèi)外研究較多的是利用高壓脈沖磁場(chǎng)，由于其電壓較高，在工業(yè)中應(yīng)用具有一定難度。
[0004]針對(duì)脈沖磁場(chǎng)在凝固過程中的應(yīng)用難點(diǎn)，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所在國(guó)內(nèi)外率先提出采用低壓脈沖磁場(chǎng)控制凝固過程，在本世紀(jì)初開展了低壓脈沖磁場(chǎng)控制凝固的研究，分別應(yīng)用于鋼鐵、鎳基高溫合金等材料中均取得細(xì)化和均勻化效果。但上述應(yīng)用中的過熱度均較低(低于1(TC)，高于此過熱度，細(xì)化效果減弱或消失。而低的過熱度，滿足不了一些復(fù)雜精密鑄件或薄壁鑄件(最薄處I?5mm)的充型要求，如:某航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的過熱度為200°C，限制了該技術(shù)在此類復(fù)雜精密鑄件或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了滿足復(fù)雜精密鑄件或薄壁鑄件晶粒細(xì)化的要求，本發(fā)明的目的是提供一種磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造方法及裝置，采用高過熱度保證充型的基礎(chǔ)上，控制脈沖磁場(chǎng)的施加時(shí)間，細(xì)化鑄件凝固組織，尤其細(xì)化鑄件厚大部位的組織，獲得整體細(xì)化凝固組織，解決高過熱度下復(fù)雜精密鑄件或薄壁鑄件難細(xì)化問題。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是:采用高過熱度保證充型的基礎(chǔ)上，控制脈沖磁場(chǎng)的施加時(shí)間，當(dāng)模壁處晶核生長(zhǎng)到一定尺寸(一般尺寸達(dá)到I?10 μ m)的情況下，利用施加的脈沖磁場(chǎng)在金屬熔體產(chǎn)生電磁振蕩和強(qiáng)制對(duì)流，將模壁處具有一定尺寸的晶核沖刷下來，并帶入到熔體中去，此時(shí)脫落晶核尺寸較大，易存活下來成為有效形核核心，增加形核數(shù)目，細(xì)化鑄件凝固組織。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造方法，采用高過熱度保證充型的基礎(chǔ)上，過熱度控制在100?250°C ;控制脈沖磁場(chǎng)施加時(shí)間，施加時(shí)間控制在澆注后10?500s ;當(dāng)模壁處晶核生長(zhǎng)到一定尺寸為I?10 μ m的情況下,利用施加的脈沖磁場(chǎng)在金屬熔體產(chǎn)生電磁振蕩和強(qiáng)制對(duì)流,將所述模壁處的晶核沖刷下來,并帶入到熔體中去,此時(shí)脫落晶核尺寸較大，易存活下來成為有效形核核心，增加形核率，從而細(xì)化鑄件凝固組織。
[0009]所述的磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造方法，采用脈沖磁場(chǎng)發(fā)生裝置，在脈沖磁場(chǎng)作用裝置中產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，其勵(lì)磁電壓控制在100?500V，勵(lì)磁頻率控制在2.5?20Hz范圍內(nèi)，作用時(shí)間為10?60分鐘。
[0010]所述的磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造方法，具體按以下步驟進(jìn)行:
[0011](a)根據(jù)鑄件的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置或單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置，然后安裝在預(yù)熱保溫沙箱或模具的四周或底部，并與脈沖磁場(chǎng)發(fā)生裝置連接；
[0012](b)將過熱度100?250°C的熔體澆注到預(yù)熱保溫沙箱或模具內(nèi)，根據(jù)鑄件表層溫度，控制脈沖磁場(chǎng)施加時(shí)間，當(dāng)溫度達(dá)到液固兩相區(qū)后，開啟脈沖磁場(chǎng)控制裝置，控制脈沖磁場(chǎng)的勵(lì)磁電壓與頻率，脈沖電壓控制在100?500V，脈沖磁場(chǎng)頻率控制在2.5?20Hz范圍內(nèi)，作用時(shí)間為10?60分鐘；
[0013](c)利用施加的脈沖磁場(chǎng)在金屬熔體產(chǎn)生電磁振蕩和強(qiáng)制對(duì)流，將所述模壁處具有一定尺寸的晶核沖刷下來，并帶入到熔體中去，此時(shí)脫落晶核尺寸較大，易存活下來成為有效形核核心，增加形核數(shù)目，從而細(xì)化鑄件凝固組織；
[0014](d)當(dāng)鑄錠完全凝固后，關(guān)閉脈沖磁場(chǎng)控制裝置，取出鑄錠。
[0015]所述方法專用的磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造裝置，該裝置用于復(fù)雜精密鑄件或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造工藝中，包括脈沖磁場(chǎng)發(fā)生裝置、脈沖磁場(chǎng)作用裝置和溫度控制系統(tǒng)，脈沖磁場(chǎng)發(fā)生裝置的輸出端分別與環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置和單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置連接，溫度控制系統(tǒng)的輸入端連接保溫沙箱或模具中的鑄件，環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置內(nèi)側(cè)、與保溫沙箱或模具側(cè)面之間設(shè)置水套，單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置頂部、與保溫沙箱或模具底部之間設(shè)置水套。
[0016]所述的磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造裝置，脈沖磁場(chǎng)發(fā)生裝置調(diào)節(jié)脈沖磁場(chǎng)勵(lì)磁電壓和頻率；溫度控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)鑄件表層溫度，為脈沖磁場(chǎng)開啟施加提供信肩、O
[0017]所述的磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造裝置，脈沖磁場(chǎng)作用裝置分為環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置和單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置，環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置用于細(xì)化形狀對(duì)稱的鑄件，單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置用于細(xì)化形狀不對(duì)稱的鑄件，對(duì)于大型鑄件同時(shí)采用環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置和單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置細(xì)化。
[0018]所述的磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造裝置，環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置內(nèi)側(cè)為不銹鋼水套，以消除鑄件高溫對(duì)脈沖磁場(chǎng)作用裝置的影響；水套外為勵(lì)磁線圈，用于產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，勵(lì)磁線圈由橫截面尺寸為3 X 8_扁銅砂包線繞制，其匝數(shù)通過電感和通量計(jì)算設(shè)計(jì)出，勵(lì)磁線圈高50?250mm,總阻數(shù)為100?300。
[0019]所述的磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造裝置，單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置頂部為不銹鋼水套，以消除鑄件高溫對(duì)脈沖磁場(chǎng)作用裝置的影響；水套下為勵(lì)磁線圈，用于產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，勵(lì)磁線圈由橫截面尺寸為3 X 8mm扁銅砂包線繞制，其匝數(shù)通過電感和通量計(jì)算設(shè)計(jì)出，勵(lì)磁線圈高20?50mm,總阻數(shù)為100?700。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果如下:
[0021]1、本發(fā)明提供的一種磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密鑄件或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造方法及裝置，采用高過熱度保證充型的基礎(chǔ)上，通過控制脈沖磁場(chǎng)的施加時(shí)間和作用方式，細(xì)化鑄件凝固組織，尤其細(xì)化鑄件厚大部位的組織，獲得整體細(xì)化凝固組織，解決高過熱度下復(fù)雜精密鑄件或薄壁鑄件難細(xì)化問題。
[0022]2、本發(fā)明提供的一種磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密鑄件或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造方法及裝置，脈沖電壓控制范圍為100?500V，脈沖磁場(chǎng)頻率控制范圍為2.5?20Hz，與現(xiàn)有技術(shù)相比，存在工作電壓低，效果顯著等特點(diǎn)，在工業(yè)上實(shí)施比較容易。
[0023]3、本發(fā)明的脈沖磁場(chǎng)作用裝置可根據(jù)鑄件的形狀和尺寸靈活使用環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置或單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置，以及復(fù)合使用，拓寬了此技術(shù)的使用范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密鑄件細(xì)晶鑄造示意圖:其中，1、脈沖磁場(chǎng)發(fā)生裝置；2、溫度控制系統(tǒng)；3、環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置；4、單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置；5、水套；
6、鑄件；7、保溫沙箱或模具。
[0025]圖2是本發(fā)明磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密鑄件細(xì)晶鑄造過程中熔體受力示意圖:(a)環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用下熔體中的受力，(b)單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用下熔體中的受力。
[0026]圖3為本發(fā)明和普通鑄造IN718高溫合金Φ 10mm鑄錠凝固后顯微組織的對(duì)比:(a)本發(fā)明工藝鑄錠組織，(b)普通鑄造工藝鑄錠組織。
[0027]圖4為本發(fā)明和普通鑄造K4169高溫合金大型薄壁鑄件凝固后顯微組織的對(duì)比:(a)大型薄壁鑄件取樣部位示意圖，(b)本發(fā)明工藝鑄件厚大部位凝固組織，(C)普通鑄造工藝鑄件厚大部位凝固組織。

【具體實(shí)施方式】
[0028]在【具體實(shí)施方式】中，本發(fā)明電磁復(fù)合控制電渣重熔細(xì)晶鑄造方法，具體按以下步驟進(jìn)行:
[0029](a)根據(jù)鑄件的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置或單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置，然后安裝在預(yù)熱保溫沙箱或模具的四周或底部，并與脈沖磁場(chǎng)發(fā)生裝置連接；
[0030](b)將一定過熱度100?250°C (優(yōu)選180?220°C )的熔體澆注到預(yù)熱保溫沙箱或模具內(nèi)，根據(jù)鑄件表層溫度，控制脈沖磁場(chǎng)施加時(shí)間，當(dāng)溫度達(dá)到液固兩相區(qū)后，開啟脈沖磁場(chǎng)控制裝置，控制脈沖磁場(chǎng)的勵(lì)磁電壓與頻率，脈沖電壓控制在100?500V，脈沖磁場(chǎng)頻率控制在2.5?20Hz范圍內(nèi)；
[0031](c)利用施加的脈沖磁場(chǎng)在金屬熔體產(chǎn)生電磁振蕩和強(qiáng)制對(duì)流，將模壁處具有一定尺寸的晶核沖刷下來，并帶入到熔體中去，此時(shí)脫落晶核尺寸較大，易存活下來成為有效形核核心，增加形核數(shù)目，細(xì)化鑄件凝固組織；
[0032](d)當(dāng)鑄錠完全凝固后，關(guān)閉脈沖磁場(chǎng)控制裝置，取出鑄錠；
[0033]如圖1所示，為了實(shí)現(xiàn)磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密鑄件或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造，本發(fā)明還提供了一種磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密鑄件或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造裝置，用于復(fù)雜精密鑄件或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造工藝中，包括脈沖磁場(chǎng)發(fā)生裝置1、脈沖磁場(chǎng)作用裝置(環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置3和單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置4)和溫度控制系統(tǒng)2等，脈沖磁場(chǎng)發(fā)生裝置I的輸出端分別與環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置3和單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置4連接，溫度控制系統(tǒng)2的輸入端連接保溫沙箱或模具7中的鑄件6，環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置3內(nèi)側(cè)、與保溫沙箱或模具7側(cè)面之間設(shè)置水套5，單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置4頂部、與保溫沙箱或模具7底部之間設(shè)置水套5。
[0034]其中，脈沖磁場(chǎng)發(fā)生裝置I可以調(diào)節(jié)脈沖磁場(chǎng)勵(lì)磁電壓和頻率；溫度控制系統(tǒng)2可監(jiān)測(cè)鑄件表層溫度，為脈沖磁場(chǎng)施加時(shí)刻提供信息；脈沖磁場(chǎng)作用裝置I可分為環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置3和單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置4，環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置3用于細(xì)化形狀對(duì)稱的鑄件6，單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置4用于細(xì)化形狀不對(duì)稱的鑄件6，對(duì)于大型鑄件可同時(shí)采用環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置3和單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置4細(xì)化。
[0035]環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置特征在于:裝置內(nèi)側(cè)為不銹鋼水套，以消除鑄件高溫對(duì)脈沖磁場(chǎng)作用裝置的影響；水套外為勵(lì)磁線圈，用于產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，勵(lì)磁線圈由橫截面尺寸為3 X 8mm扁銅砂包線繞制,其阻數(shù)通過電感和通量計(jì)算設(shè)計(jì)出，勵(lì)磁線圈高50?250mm,總阻數(shù)為100?300。如圖2(a)所示，其作用原理為:環(huán)形脈沖磁場(chǎng)在熔體徑向產(chǎn)生周期變化的磁壓力和磁拉力，引起電磁振蕩和和強(qiáng)制對(duì)流，使模壁處晶核脫落并分散到熔體中，成為新的形核核心，增加形核率，細(xì)化鑄件凝固組織。
[0036]單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置特征在于:裝置頂部為不銹鋼水套，以消除鑄件高溫對(duì)脈沖磁場(chǎng)作用裝置的影響；水套下為勵(lì)磁線圈，用于產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，勵(lì)磁線圈由橫截面尺寸為3X8mm扁銅砂包線繞制,其阻數(shù)通過電感和通量計(jì)算設(shè)計(jì)出，勵(lì)磁線圈高20?50mm,總阻數(shù)為100?700。如圖2(b)所示，其作用原理為:單側(cè)脈沖磁場(chǎng)在熔體中產(chǎn)生垂直于枝晶生長(zhǎng)方向周期變化的電磁力，使枝晶脫落或折斷，分散到熔體中，增加形核數(shù)目，從而細(xì)化鑄件凝固組織。
[0037]對(duì)于大型鑄件，環(huán)形脈沖磁場(chǎng)在熔體中的電磁力大小沿徑向由外到中心遞減，因此對(duì)于鑄件外側(cè)部位細(xì)化效果好，對(duì)于中心部位細(xì)化效果減弱。此時(shí)可復(fù)合使用環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置和單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置，利用環(huán)形脈沖磁場(chǎng)細(xì)化鑄件外側(cè)部位凝固組織，利用單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置細(xì)化心部凝固組織。
[0038]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0039]實(shí)施例1
[0040]將IN718鎳基高溫合金在真空感應(yīng)熔煉爐中熔化至1600°C并精煉5分鐘，然后降溫至1580°C (過熱度220°C )后澆注到置于環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置的模具(預(yù)熱到950°C )中，待熔體表面溫度降至1350°C時(shí)(澆注后50s后)開啟脈沖磁場(chǎng)，使合金熔體在脈沖磁場(chǎng)作用下凝固。實(shí)驗(yàn)時(shí)脈沖磁場(chǎng)電壓為250V，頻率5Hz，作用時(shí)間為15分鐘。
[0041]圖3為本發(fā)明和普通鑄造IN718高溫合金Φ 10mm鑄錠的橫截面金相組織對(duì)比?？梢姡捎帽景l(fā)明工藝，厚大鑄錠凝固組織整體得到細(xì)化，整個(gè)截面晶粒尺寸分布均勻，心部晶粒小于2mm。
[0042]實(shí)施例2
[0043]將K4169高溫合金在感應(yīng)熔煉爐中熔化至1580°C并精煉5分鐘，然后降溫至1550°C (過熱度190°C )后澆注到置于單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置的模具(預(yù)熱到1050°C )中，待熔體表面溫度降至1350°C時(shí)(澆注后1s后)開啟脈沖磁場(chǎng)，使合金熔體在脈沖磁場(chǎng)作用下凝固。實(shí)驗(yàn)時(shí)脈沖磁場(chǎng)電壓為300V，頻率5Hz，作用時(shí)間為20分鐘。
[0044]圖4為本發(fā)明和普通鑄造K4169高溫合金大型薄壁鑄件凝固后合金顯微組織的對(duì)Ito鑄件外徑為330mm,薄壁2mm,厚大部位20mm?？梢?采用本發(fā)明工藝,鑄件厚大部位晶粒細(xì)化效果明顯，晶粒尺寸小于3_。
[0045]實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明涉及的方法和裝置可用于高溫合金、高合金鋼等金屬材料復(fù)雜精密鑄件和大型薄壁復(fù)雜鑄件的細(xì)晶鑄造，能夠細(xì)化合金凝固組織。
【權(quán)利要求】
1.一種磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造方法，其特征在于，采用高過熱度保證充型的基礎(chǔ)上，過熱度控制在100?250°C ;控制脈沖磁場(chǎng)施加時(shí)間，施加時(shí)間控制在燒注后10?500s ;當(dāng)模壁處晶核生長(zhǎng)到一定尺寸為I?10 μ m的情況下,利用施加的脈沖磁場(chǎng)在金屬熔體產(chǎn)生電磁振蕩和強(qiáng)制對(duì)流，將所述模壁處的晶核沖刷下來，并帶入到熔體中去，此時(shí)脫落晶核尺寸較大，易存活下來成為有效形核核心，增加形核率，從而細(xì)化鑄件凝固組織。
2.按照權(quán)利要求1所述的磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造方法，其特征在于:采用脈沖磁場(chǎng)發(fā)生裝置，在脈沖磁場(chǎng)作用裝置中產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，其勵(lì)磁電壓控制在100?500V，勵(lì)磁頻率控制在2.5?20Hz范圍內(nèi)，作用時(shí)間為10?60分鐘。
3.按照權(quán)利要求1所述的磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造方法，其特征在于，具體按以下步驟進(jìn)行: (a)根據(jù)鑄件的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置或單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置，然后安裝在預(yù)熱保溫沙箱或模具的四周或底部，并與脈沖磁場(chǎng)發(fā)生裝置連接； (b)將過熱度100?250°C的熔體澆注到預(yù)熱保溫沙箱或模具內(nèi)，根據(jù)鑄件表層溫度，控制脈沖磁場(chǎng)施加時(shí)間，當(dāng)溫度達(dá)到液固兩相區(qū)后，開啟脈沖磁場(chǎng)控制裝置，控制脈沖磁場(chǎng)的勵(lì)磁電壓與頻率，脈沖電壓控制在100?500V，脈沖磁場(chǎng)頻率控制在2.5?20Hz范圍內(nèi)，作用時(shí)間為10?60分鐘； (c)利用施加的脈沖磁場(chǎng)在金屬熔體產(chǎn)生電磁振蕩和強(qiáng)制對(duì)流，將所述模壁處具有一定尺寸的晶核沖刷下來，并帶入到熔體中去，此時(shí)脫落晶核尺寸較大，易存活下來成為有效形核核心，增加形核數(shù)目，從而細(xì)化鑄件凝固組織； (d)當(dāng)鑄錠完全凝固后，關(guān)閉脈沖磁場(chǎng)控制裝置，取出鑄錠。
4.一種權(quán)利要求1所述方法的磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造裝置，其特征在于，該裝置用于復(fù)雜精密鑄件或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造工藝中，包括脈沖磁場(chǎng)發(fā)生裝置、脈沖磁場(chǎng)作用裝置和溫度控制系統(tǒng)，脈沖磁場(chǎng)發(fā)生裝置的輸出端分別與環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置和單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置連接，溫度控制系統(tǒng)的輸入端連接保溫沙箱或模具中的鑄件，環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置內(nèi)側(cè)、與保溫沙箱或模具側(cè)面之間設(shè)置水套，單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置頂部、與保溫沙箱或模具底部之間設(shè)置水套。
5.按照權(quán)利要求4所述的磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造裝置，其特征在于，脈沖磁場(chǎng)發(fā)生裝置調(diào)節(jié)脈沖磁場(chǎng)勵(lì)磁電壓和頻率；溫度控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)鑄件表層溫度，為脈沖磁場(chǎng)開啟施加提供信息。
6.按照權(quán)利要求4所述的磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造裝置，其特征在于，脈沖磁場(chǎng)作用裝置分為環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置和單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置，環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置用于細(xì)化形狀對(duì)稱的鑄件，單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置用于細(xì)化形狀不對(duì)稱的鑄件，對(duì)于大型鑄件同時(shí)采用環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置和單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置細(xì)化。
7.按照權(quán)利要求4或6所述的磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造裝置，其特征在于，環(huán)形脈沖磁場(chǎng)作用裝置內(nèi)側(cè)為不銹鋼水套，以消除鑄件高溫對(duì)脈沖磁場(chǎng)作用裝置的影響；水套外為勵(lì)磁線圈，用于產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，勵(lì)磁線圈由橫截面尺寸為3X8mm扁銅砂包線繞制,其阻數(shù)通過電感和通量計(jì)算設(shè)計(jì)出，勵(lì)磁線圈高50?250mm,總阻數(shù)為100?300。
8.按照權(quán)利要求4或6所述的磁熱復(fù)合控制復(fù)雜精密或薄壁鑄件細(xì)晶鑄造裝置，其特征在于，單側(cè)脈沖磁場(chǎng)作用裝置頂部為不銹鋼水套，以消除鑄件高溫對(duì)脈沖磁場(chǎng)作用裝置的影響；水套下為勵(lì)磁線圈，用于產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，勵(lì)磁線圈由橫截面尺寸為3X8mm扁銅砂包線繞制，其匝數(shù)通過電感和通量計(jì)算設(shè)計(jì)出，勵(lì)磁線圈高20?50mm，總匝數(shù)為100?700。
【文檔編號(hào)】B22D27/08GK104439203SQ201410713316
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月29日
【發(fā)明者】楊院生, 李應(yīng)舉, 羅天驕, 馮小輝, 滕躍飛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所