專利名稱：功率超聲與低頻電磁協(xié)同作用的輕合金錠坯立式半連續(xù)鑄造方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輕合金鑄造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種施加功率超聲與低頻電磁兩種外場(chǎng)協(xié)同作用進(jìn)行輕合金大規(guī)格錠坯立式半連續(xù)鑄造的方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
施加外場(chǎng)是改變金屬凝固行為的十分有效的方法，如凝固時(shí)施加電場(chǎng)、電流、磁場(chǎng)(包括永磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、脈沖電磁場(chǎng)、組合電磁場(chǎng)等)、超聲波，機(jī)械波等，均對(duì)DC鑄造過(guò)程中合金的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、濃度場(chǎng)以及形核和長(zhǎng)大等凝固行為產(chǎn)生影響。其中，施加電磁場(chǎng)是一種高效、經(jīng)濟(jì)容易實(shí)現(xiàn)的方法。大量研究也表明，超聲波在金屬熔體中所具有的非線性效應(yīng)對(duì)改變金屬凝固行為具有十分獨(dú)特的效果。這些手段可以改善或避免DC鑄造過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷，為鑄坯質(zhì)量提高創(chuàng)造了條件。
電磁場(chǎng)在半連續(xù)鑄造中的應(yīng)用的開(kāi)拓者前蘇聯(lián)的工程師Getselev ZN利用500～4000Hz高頻電磁場(chǎng)的磁壓力使熔體避免結(jié)晶器的一次冷卻，直接二次冷卻，實(shí)現(xiàn)無(wú)模鑄造以提高鋁合金鑄坯的表面質(zhì)量。此外，也有利用電磁場(chǎng)的攪拌功能來(lái)改變金屬凝固行為的相關(guān)研究，其中，法國(guó)人Vives等利用工頻電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了2024和2214鋁合金的電磁鑄造，發(fā)明了電磁攪拌細(xì)化晶粒工藝(US4523628)。近年來(lái)，東北大學(xué)利用低頻電磁對(duì)金屬熔體有較高穿透深度的特點(diǎn)開(kāi)發(fā)了輕合金低頻電磁半連續(xù)鑄造技術(shù)和低頻電磁振蕩半連續(xù)鑄造技術(shù)。但由于電磁場(chǎng)在金屬熔體中難以克服的集膚效應(yīng)，即使是低頻電磁場(chǎng)，其作用深度也十分有限。這在大規(guī)格錠坯的制備中顯得十分明顯，限制了通過(guò)電磁來(lái)改變冶金熔體凝固行為的物理尺度。
超聲作為一種機(jī)械疏密波也是改善金屬或合金凝固組織，提高材料機(jī)械性能的最有效手段。超聲波作用于金屬熔體所產(chǎn)生的微氣泡形成、長(zhǎng)大、脈動(dòng)和崩塌的過(guò)程，即空化效應(yīng)，具有細(xì)化晶粒、抑制枝晶和促進(jìn)等軸晶形成、抑制合金元素偏析與凈化熔體(除氣、除渣、提純)等顯著效果。前蘇聯(lián)在1930年代即開(kāi)始了金屬的超聲凝固研究，并發(fā)明了輕金屬熔體的超聲半連續(xù)鑄造技術(shù)。熔體超聲處理主要是通過(guò)浸入熔體中變幅桿實(shí)現(xiàn)能量傳遞，達(dá)到改變凝固行為的效果。然而，超聲波是縱波，其作用有很顯著的方向性，同時(shí)超聲在金屬熔體中的衰減十分嚴(yán)重，使得超聲效應(yīng)主要集中在超聲源作用的熔體中部的附近區(qū)域，其作用的金屬體積同樣受到一定限制，一般施加于凝固液芯中的超聲難于作用到凝殼附近的表層熔體。
可見(jiàn)，電磁場(chǎng)或超聲各自作用于有限區(qū)域電磁場(chǎng)主要作用于表面區(qū)域，超聲場(chǎng)主要作用于中心區(qū)域。兩種外場(chǎng)單一施加均無(wú)法實(shí)現(xiàn)熔體的全體積作用，難于完全消除錠坯的粗晶區(qū)及枝晶區(qū)，特別是對(duì)于枝晶發(fā)達(dá)、晶粒粗大，容易造成內(nèi)應(yīng)力，裂紋傾向嚴(yán)重的材料的大型錠坯則難度更大。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)輕合金大規(guī)格錠坯鑄造困難，易于出現(xiàn)裂紋和疏松等鑄造缺陷，同時(shí)由于成分偏析、晶粒組織粗大且不均等問(wèn)題限制了材料性能的發(fā)揮，甚至難于滿足實(shí)際變形生產(chǎn)的要求。本發(fā)明提供一種輕合金大規(guī)格錠坯的立式半連續(xù)鑄造的生產(chǎn)方法與設(shè)備。
該方法利用低頻電磁場(chǎng)和功率超聲，或低頻電磁振蕩和功率超聲的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)輕合金錠坯立式半連續(xù)鑄造過(guò)程中的外場(chǎng)全體積作用。
本發(fā)明涉及的功率超聲與低頻電磁協(xié)同作用的輕合金大規(guī)格錠坯立式半連續(xù)鑄造技術(shù)是采用在輕合金的立式半連續(xù)鑄造過(guò)程中同時(shí)施加低頻電磁振蕩場(chǎng)和功率超聲場(chǎng)(圖1)，或低頻電磁場(chǎng)和功率超聲場(chǎng)(圖2)，功率超聲場(chǎng)通過(guò)超聲桿作用于結(jié)晶器軸線部位，電磁場(chǎng)由于趨膚效應(yīng)而主要作用于金屬熔體表層附近，通過(guò)兩種外場(chǎng)參數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)協(xié)同作用，使得結(jié)晶器內(nèi)熔體凝固過(guò)程中實(shí)現(xiàn)全體積外場(chǎng)作用。
本發(fā)明方法所采用的設(shè)備包含熔煉爐、中間包、一個(gè)配置1～2個(gè)勵(lì)磁線圈的結(jié)晶器，一個(gè)超聲電源和換能器系統(tǒng)，其具體配置是在結(jié)晶器水套內(nèi)部或者外部或上部配置有一組勵(lì)磁線圈，并通之以低頻交流電；或在結(jié)晶器水套內(nèi)部或外部或上部配置有一組通以低頻交流電和一組通以直流電的兩組內(nèi)置式勵(lì)磁線圈，在上面兩種配置的任一種均在結(jié)晶器上方或同時(shí)在中間包和結(jié)晶器的上方設(shè)有裝在移動(dòng)支架上的超聲變幅桿。裝有可在結(jié)晶器上方或同時(shí)在中間包上方和結(jié)晶器上方移動(dòng)的超聲變幅桿的移動(dòng)支架是由步進(jìn)電機(jī)控制進(jìn)行三維移動(dòng)的。其基本做法是將熔煉完畢并經(jīng)過(guò)精煉和凈化處理后的輕合金熔體，經(jīng)過(guò)熔煉爐底部側(cè)面的流量控制口、流道、中間包(可施加超聲處理)，最后經(jīng)過(guò)澆嘴或分流盤進(jìn)入結(jié)晶器中。在結(jié)晶器的水套內(nèi)部配置有一組通以低頻交流電和一組通以直流電的兩組勵(lì)磁線圈，通過(guò)直流場(chǎng)與交流場(chǎng)的相互作用為熔體提供低頻電磁振蕩場(chǎng)，同時(shí)在鑄造過(guò)程中把固定于帶步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的支架上的超聲變幅桿插入結(jié)晶器中心部位的熔體中以施加超聲波，實(shí)現(xiàn)低頻電磁振蕩與功率超聲的協(xié)同作用鑄造。鑄造時(shí)，調(diào)整好鑄造速度后，兩勵(lì)磁線圈通電，在結(jié)晶器中填充熔體，同時(shí)侍機(jī)開(kāi)動(dòng)鑄造機(jī)，并控制結(jié)晶器中液面穩(wěn)定之后，把經(jīng)預(yù)熱的超聲變幅桿浸入液面中并把功率調(diào)整到預(yù)定值，直至鑄造完畢。
具體操作是熔煉爐中按要求組分進(jìn)行輕合金熔煉；預(yù)熱中間包，并把引錠桿引入結(jié)晶器中；打開(kāi)冷卻水，并給結(jié)晶器中的勵(lì)磁線圈通之以預(yù)定頻率與強(qiáng)度的交流電或同時(shí)給另一個(gè)勵(lì)磁線圈通之以預(yù)定強(qiáng)度的直流電；把經(jīng)過(guò)精煉和凈化并達(dá)設(shè)定溫度的輕合金熔體經(jīng)由流量控制口進(jìn)入中間包中；并通過(guò)流量控制口控制中間包中的液面高度，通過(guò)澆嘴或分流盤控制結(jié)晶器中的液面高度；隨后開(kāi)啟鑄造機(jī)按設(shè)定鑄造速度進(jìn)行鑄造；隨后把經(jīng)過(guò)預(yù)熱的超聲變幅桿插入結(jié)晶器中的液面下，打開(kāi)超聲并調(diào)節(jié)功率到預(yù)定值；錠坯通過(guò)引錠桿拉出直至鑄造結(jié)束。對(duì)于鎂合金而言，熔體進(jìn)入中間包和進(jìn)入結(jié)晶器的整個(gè)過(guò)程中均要采用CO2+5％SF6混合氣體進(jìn)行保護(hù)并采取一些必要措施，以避免熔體的二次氧化與燃燒而造成的熔體二次污染，保證熔體的質(zhì)量和鑄造過(guò)程的順利進(jìn)行。
本發(fā)明特別適合于鑄造Φ150mm以上的圓坯和厚度在150mm以上的扁坯，同時(shí)對(duì)直徑或厚度小于150mm的錠坯的冶金質(zhì)量的提高也有明顯效果。對(duì)于直徑大于Φ500mm或厚度大于500mm的錠坯須配置2個(gè)以上的變幅桿。對(duì)于鎂合金錠坯鑄造，變幅桿材料為經(jīng)過(guò)特殊處理的低碳鋼，其含碳量在0.1～0.8％；對(duì)于鋁合金錠坯鑄造，變幅桿為一種高溫鈷基合金(GH605)或一種高溫耐蝕鎳基合金(GH5K)材料制成；鑄造模是配置有內(nèi)置式勵(lì)磁線圈的結(jié)晶器系統(tǒng)，結(jié)晶器內(nèi)套為直筒型金屬?；蛘哞偳队惺h(huán)和保溫帽的熱頂式金屬模。
變幅桿在浸入熔體之前須經(jīng)預(yù)熱至一定溫度，保持0.5h～1h，或者采用乙炔烘烤至相應(yīng)溫度。在結(jié)晶器中，所施加的超聲頻率為18kHz～28kHz，超聲強(qiáng)度為3W/cm2～50W/cm2，超聲有效作用時(shí)間為5s～180s，或者施加脈沖超聲，頻率為18kHz～28kHz，脈寬為10-4s～10-1s，超聲強(qiáng)度為7W/cm2～80W/cm2，超聲有效作用時(shí)間為10s～250s；在中間包中也可同時(shí)施加頻率為18kHz～28kHz，聲強(qiáng)為1W/cm2～50W/cm2的超聲進(jìn)行熔體預(yù)處理。
所施加的低頻電磁頻率范圍為1Hz～90Hz，強(qiáng)度為2000AT～40000AT；所施加的低頻電磁振蕩頻率范圍為1Hz～90Hz，交流電磁強(qiáng)度為2000AT～40000AT，靜磁場(chǎng)強(qiáng)度為1500AT～30000AT。
立式半連續(xù)鑄造中間包中的熔體溫度均控制在高于液相線溫度50℃～100℃；鑄造速度為20mm/min～300mm/min，應(yīng)根據(jù)錠坯牌號(hào)和規(guī)格進(jìn)行調(diào)整。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)極大降低鑄坯凝固時(shí)的橫向溫度梯度，改變液穴形狀，提高錠坯凝固的均勻性，顯著降低錠坯鑄造缺陷的尺寸效應(yīng)，極大改善立式半連續(xù)鑄造輕合金大型錠坯的內(nèi)部冶金質(zhì)量和表面質(zhì)量，可以獲得宏觀偏析顯著減小，晶粒細(xì)化，組織差別減小，裂紋和疏松等缺陷顯著抑制，表面質(zhì)量提高的大規(guī)格錠坯。該技術(shù)對(duì)于枝晶發(fā)達(dá)、晶粒粗大、偏析嚴(yán)重、組織凝固尺寸效應(yīng)顯著，含氣量大、易熱裂的鎂合金或7075，7055等高合金化的鋁合金來(lái)說(shuō)，將可實(shí)現(xiàn)其高品質(zhì)大型錠坯的順利生產(chǎn)，并顯著提高成材率，同時(shí)，對(duì)一些易實(shí)現(xiàn)立式半連續(xù)鑄造的規(guī)格和牌號(hào)，也為其冶金質(zhì)量的提高也提供了空間，是有色金屬錠坯，特別是輕金屬合金和易于出現(xiàn)以上鑄造缺陷的大型錠坯鑄造的先進(jìn)工藝方法。


圖1是本發(fā)明功率超聲與低頻電磁振蕩協(xié)同作用下的立式半連續(xù)鑄造裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明功率超聲與低頻電磁協(xié)同作用下的立式半連續(xù)鑄造裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實(shí)例中圓形錠坯橫截面上的金相組織觀察取樣部位示意圖；
圖4為傳統(tǒng)DC鑄造、低頻電磁振蕩立式半連續(xù)鑄造和本發(fā)明圖1所示方法鑄造的AZ31鎂合金Φ200mm錠坯組織對(duì)比；圖5為傳統(tǒng)DC鑄造、低頻電磁立式半連續(xù)鑄造和本發(fā)明圖2所示方法鑄造的AZ80鎂合金Φ300mm錠坯組織對(duì)比；圖6為傳統(tǒng)DC鑄造、低頻電磁立式半連續(xù)鑄造和本發(fā)明圖2所示方法鑄造的MA2-1鎂合金Φ300mm錠坯組織對(duì)比；圖7為傳統(tǒng)DC鑄造、低頻電磁立式半連續(xù)鑄造和本發(fā)明圖2所示方法鑄造的Al-11Si二元鋁合金Φ100mm錠坯的組織對(duì)比；圖中1熔煉爐、2輕合金熔體、3流量控制口、4超聲變幅桿(固定于可通過(guò)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確三維移動(dòng)控制的支架上)、5澆嘴或分流盤、6結(jié)晶器、7錠坯、8引錠桿、9勵(lì)磁線圈、10中間包、11流道。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1AZ31鎂合金Φ200mm錠坯立式半連續(xù)鑄造按照配比熔煉AZ31鎂合金，并添加20ppmBe以實(shí)現(xiàn)阻燃；結(jié)晶器為鑲嵌有石墨環(huán)和保溫帽的熱頂式金屬模；熔體在中間包中無(wú)超聲處理，在結(jié)晶器中施加功率超聲場(chǎng)與低頻電磁振蕩場(chǎng)的協(xié)同作用。
鑄造工藝條件為鑄造速度為100mm/min；Φ20mm低碳鋼材質(zhì)超聲變幅桿在300℃預(yù)熱1h；超聲頻率為20kHz，超聲強(qiáng)度約為6W/cm2；中間包中的熔體溫度690℃；交流頻率30Hz，強(qiáng)度4000AT；直流強(qiáng)度4000AT。
圖4為傳統(tǒng)立式半連續(xù)鑄造、低頻電磁振蕩立式半連續(xù)鑄造和本發(fā)明立式半連續(xù)鑄造方法獲得的AZ31鎂合金Φ200mm錠坯的組織比較?？梢?jiàn)，本發(fā)明方法的組織更為均勻、細(xì)小。
檢測(cè)表明，在以上鑄造速度與鑄造溫度下，三種鑄造方法的液穴深度明顯不同，傳統(tǒng)半連鑄為120mm，低頻電磁振蕩鑄造為90mm，本發(fā)明為70mm～80mm；主合金元素Al的相對(duì)差傳統(tǒng)半連鑄為16％～20％，低頻電磁振蕩鑄造為10％～15％，本發(fā)明方法鑄造為6％～10％。比較可見(jiàn)，本發(fā)明具有最淺的液穴，最小的宏觀偏析。
實(shí)施例2AZ80鎂合金Φ300mm錠坯立式半連續(xù)鑄造按照配比熔煉AZ80鎂合金，并添加10ppmBe以實(shí)現(xiàn)阻燃；結(jié)晶器為鑲嵌有石墨環(huán)和保溫帽的熱頂式金屬模；熔體在中間包中無(wú)超聲處理，在結(jié)晶器中施加功率超聲場(chǎng)與低頻電磁場(chǎng)的協(xié)同作用。
鑄造工藝條件為鑄造速度為90mm/min；Φ20mm低碳鋼材質(zhì)超聲變幅桿在300℃預(yù)熱1h；超聲頻率為20kHz，超聲強(qiáng)度約為5W/cm2；中間包中的熔體溫度670℃；交流頻率30Hz，強(qiáng)度6000AT。
圖5為傳統(tǒng)半連鑄、低頻電磁立式半連續(xù)鑄造和本發(fā)明立式半連續(xù)鑄造方法獲得的AZ80鎂合金Φ300mm錠坯的組織比較?？梢?jiàn)，本發(fā)明方法的組織更為均勻、細(xì)小。
檢測(cè)表明，主合金元素A1的相對(duì)差傳統(tǒng)半連鑄為25％～35％，低頻電磁振蕩鑄造為15％～25％，本發(fā)明方法鑄造為12％～15％。比較可見(jiàn)，本發(fā)明具有最淺的液穴，最小的宏觀偏析。
實(shí)施例3MA2-1鎂合金Φ300mm錠坯立式半連續(xù)鑄造按照配比熔煉MA2-1(俄羅斯牌號(hào)，相當(dāng)于AZ41)鎂合金，并添加20ppmBe以實(shí)現(xiàn)阻燃；結(jié)晶器內(nèi)套為鑲嵌有石墨環(huán)和保溫帽的熱頂式金屬模；熔體在中間包中無(wú)超聲預(yù)處理，在結(jié)晶器中施加功率超聲與低頻電磁的協(xié)同場(chǎng)。
鑄造工藝條件為鑄造速度為100mm/min；Φ20mm低碳鋼材質(zhì)超聲變幅桿在300℃預(yù)熱1h；超聲頻率為20kHz，超聲強(qiáng)度約為10W/cm2；中間包中的熔體溫度680℃；交流頻率25Hz，強(qiáng)度6000AT。
圖6為傳統(tǒng)半連鑄、低頻電磁立式半連續(xù)鑄造和本發(fā)明立式半連續(xù)鑄造方法獲得的MA2-1鎂合金Φ300mm錠坯的組織比較?？梢?jiàn)，傳統(tǒng)半連鑄組織主要為粗大的薔薇狀晶粒，中心晶粒比邊部明顯粗大，中心部位晶粒度達(dá)到400μm～500μm；低頻電磁半連鑄法顯著細(xì)化了中心與邊部的組織，晶粒形狀變得不規(guī)則，但中心仍然較為粗大，晶粒度為100μm～200μm；采用本發(fā)明生產(chǎn)的錠坯組織則均勻而細(xì)小，平均晶粒度小于100μm。
實(shí)施例4Al-11Si二元鋁合金Φ100mm錠坯立式半連續(xù)鑄造按照配比熔煉Al-11Si二元鋁合金，結(jié)晶器內(nèi)套為硬鋁模。在結(jié)晶器施加超聲場(chǎng)與低頻電磁場(chǎng)協(xié)同外場(chǎng)作用的工藝中，中間包熔體經(jīng)超聲預(yù)處理。
鑄造工藝條件為鑄造速度為120mm/min；Φ20mm變幅桿(GH605高溫鈷基合金材料制成)在350℃預(yù)熱1h；超聲頻率為20kHz，超聲強(qiáng)度約為10W/cm2；中間包中的熔體溫度730℃；交流頻率30Hz，強(qiáng)度7200AT。中間包熔體處理超聲頻率為20kHz，超聲強(qiáng)度約為20W/cm2。
圖7為傳統(tǒng)半連鑄、低頻電磁立式半連續(xù)鑄造和本發(fā)明立式半連續(xù)鑄造方法獲得的Al-11Si二元亞共晶鋁合金Φ100mm錠坯的組織比較?？梢?jiàn)，傳統(tǒng)半連鑄組織中的初生α-Al晶粒特別粗大且中心部位比邊部大；單一施加低頻電磁場(chǎng)的低頻電磁鑄造組織中，初生α-Al晶粒明顯細(xì)化，但中心部位仍然較邊部粗大，而且晶粒取向性明顯；采用本發(fā)明的低頻電磁與超聲協(xié)同作用方法(圖2)制備的錠坯初生α-Al晶粒進(jìn)一步細(xì)化，晶粒生長(zhǎng)的取向性也顯著降低，中心與邊部的組織差別也很小。
權(quán)利要求
1.一種功率超聲與低頻電磁協(xié)同作用的輕合金大規(guī)格錠坯立式半連續(xù)鑄造方法，其特征在于采用可施加功率超聲與低頻電磁兩種外場(chǎng)協(xié)同作用的輕合金大規(guī)格錠坯立式半連續(xù)鑄造設(shè)備，在鑄造過(guò)程中同時(shí)施加低頻電磁場(chǎng)和功率超聲場(chǎng)或低頻電磁振蕩場(chǎng)和功率超聲場(chǎng)，功率超聲場(chǎng)作用于結(jié)晶器軸線部位，電磁場(chǎng)作用于金屬熔體表面附近，通過(guò)兩種外場(chǎng)參數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)協(xié)同作用，使結(jié)晶器熔體凝固過(guò)程中實(shí)現(xiàn)全體積外場(chǎng)作用進(jìn)行鑄造。
2.如權(quán)利要求1所述功率超聲與低頻電磁協(xié)同作用的輕合金大規(guī)格錠坯立式半連續(xù)鑄造方法，其特征在于施加電磁場(chǎng)和功率超聲場(chǎng)的具體做法是在結(jié)晶器水套內(nèi)部或者外部或上部配置有一組內(nèi)置式勵(lì)磁線圈，并通之以低頻交流電為熔體提供低頻電磁場(chǎng)，同時(shí)在鑄造過(guò)程中把超聲變幅桿插入結(jié)晶器中心部位的熔體中施加超聲波，實(shí)現(xiàn)低頻電磁場(chǎng)與功率超聲的協(xié)同作用鑄造；或者是在結(jié)晶器水套內(nèi)部或者外部或上部配置有一組通以低頻交流電和一組通以直流電的兩組內(nèi)置式勵(lì)磁線圈，為熔體提供低頻電磁振蕩場(chǎng)，同時(shí)在鑄造過(guò)程中把超聲變幅桿插入結(jié)晶器中心部位的熔體中施加超聲波，實(shí)現(xiàn)低頻電磁振蕩與功率超聲的協(xié)同作用鑄造。
3.如權(quán)利要求1所述功率超聲與低頻電磁協(xié)同作用的輕合金大規(guī)格錠坯立式半連續(xù)鑄造方法，其特征在于工藝步驟是熔煉合金并經(jīng)過(guò)精煉和凈化處理后的輕合金熔體，經(jīng)過(guò)中間包進(jìn)入結(jié)晶器中，結(jié)晶器配置的勵(lì)磁線圈已經(jīng)通電，開(kāi)動(dòng)鑄造機(jī)并控制結(jié)晶器中液面穩(wěn)定之后，即把經(jīng)過(guò)預(yù)熱的超聲變幅桿浸入結(jié)晶器熔體液面中，或?qū)⒔?jīng)過(guò)預(yù)熱的超聲變幅桿浸入中間包熔體液面又浸入結(jié)晶器熔體液面中，所施加的超聲頻率為18kHz～28kHz，超聲強(qiáng)度為3W/cm2～50W/cm2，超聲有效時(shí)間為5s～180s，或施加脈沖超聲頻率為18kHz～28kHz，脈寬為10-4s～10-1s，超聲強(qiáng)度為7W/cm2～80W/cm2，超聲作用時(shí)間為10s～250s；所施加的低頻電磁頻率范圍為1Hz～90Hz，強(qiáng)度為2000AT～40000AT，靜磁場(chǎng)強(qiáng)度為1500AT～30000AT；鑄造中間包中的熔體溫度控制在高于液相線溫度50℃～100℃，鑄造速度為20mm/min～300mm/min。
4.權(quán)利要求1所述功率超聲與低頻電磁協(xié)同作用的輕合金大規(guī)格錠坯立式半連續(xù)鑄造方法所用的設(shè)備，包括熔體爐、中間包、結(jié)晶器，其特征在于在結(jié)晶器水套內(nèi)部或者外部或上部配置有一組勵(lì)磁線圈，并通之以低頻交流電；或在結(jié)晶器水套內(nèi)部或外部或上部配置有一組通以低頻交流電和一組通以直流電的兩組內(nèi)置式勵(lì)磁線圈，在上面兩種配置的任一種均在結(jié)晶器上方或同時(shí)在中間包和結(jié)晶器的上方設(shè)有裝在移動(dòng)支架上的超聲變幅桿。
5.如權(quán)利要求4所述的功率超聲與低頻電磁協(xié)同作用的輕合金大規(guī)格錠坯立式半連續(xù)鑄造方法所用的設(shè)備，其特征在于所述裝有可在結(jié)晶器上方或同時(shí)在中間包上方和結(jié)晶器上方移動(dòng)的超聲變幅桿的移動(dòng)支架是由步進(jìn)電機(jī)控制進(jìn)行三維移動(dòng)的。
6.如權(quán)利要求4所述的功率超聲與低頻電磁協(xié)同作用的輕合金大規(guī)格錠坯立式半連續(xù)鑄造方法所用的設(shè)備，其特征在于所述當(dāng)鑄造直徑大于Φ500mm或厚度大于500mm的錠坯須配置2個(gè)以上的變幅桿。
7.如權(quán)利要求4所述的功率超聲與低頻電磁協(xié)同作用的輕合金大規(guī)格錠坯立式半連續(xù)鑄造方法所用的設(shè)備，其特征在于所述對(duì)于鎂合金錠坯鑄造，變幅桿材料為經(jīng)過(guò)特殊處理的低碳鋼，其含碳量在0.1～0.8％；對(duì)于鋁合金錠坯鑄造，變幅桿為一種高溫鈷基合金GH605或一種高溫耐蝕鎳基合金GH5K材料制成。
全文摘要
一種功率超聲與低頻電磁協(xié)同作用的輕合金大規(guī)格錠坯立式半連續(xù)鑄造方法及設(shè)備，采用可施加功率超聲與低頻電磁兩種外場(chǎng)協(xié)同作用的輕合金大規(guī)格錠坯立式半連續(xù)鑄造設(shè)備，在鑄造過(guò)程中同時(shí)施加低頻電磁場(chǎng)和功率超聲場(chǎng)或低頻電磁振蕩場(chǎng)和功率超聲場(chǎng)，功率超聲場(chǎng)作用于結(jié)晶器軸線部位，電磁場(chǎng)作用于金屬熔體表面附近，通過(guò)兩種外場(chǎng)參數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)協(xié)同作用，使結(jié)晶器熔體凝固過(guò)程中實(shí)現(xiàn)全體積外場(chǎng)作用進(jìn)行鑄造；本發(fā)明可極大降低鑄坯凝固時(shí)的橫向溫度梯度，改變液穴形狀，提高錠坯凝固的均勻性，顯著降低錠坯鑄造缺陷的尺寸效應(yīng)，極大改善立式半連續(xù)鑄造輕合金大型錠坯的內(nèi)部和表面質(zhì)量。
文檔編號(hào)B22D27/02GK101020229SQ20071001064
公開(kāi)日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2007年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月19日
發(fā)明者樂(lè)啟熾, 崔建忠, 張志強(qiáng), 趙志浩 申請(qǐng)人:東北大學(xué)