金屬熔體均勻化處理的切割破散裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種金屬熔體均勻化處理的切割破散裝置，特別涉及一種用于金屬熔體的高度分散、均勻化處理，或金屬半固態(tài)漿料制備的特殊裝置，屬于冶金、鑄造等金屬材料熱加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在冶金、鑄造等金屬材料熱加工領(lǐng)域中，人們已經(jīng)對(duì)金屬熔體施加了各種“攪拌”處理(例如半固態(tài)金屬漿料制備、電磁攪拌、機(jī)械攪拌等)，為的是熔體能在一定尺度上的溫度和成分均勻化，從而增加凝固過程中的有效形核數(shù)量、削減結(jié)晶界面前沿的成分過冷現(xiàn)象、使晶體發(fā)達(dá)的迅速長大受到抑制，結(jié)晶成為細(xì)小的等軸晶組織。雖然目前關(guān)于金屬攪拌凝固的機(jī)制有上述“結(jié)晶抑制”理論和其它如“枝晶折斷”理論等多種解釋，但多數(shù)人認(rèn)為，通常的“攪拌”力度無法達(dá)到折斷枝晶的程度，熔體內(nèi)的微小固相、氧化皮等物質(zhì)只能在攪拌時(shí)發(fā)生“折疊”或“熔斷”。那么，能否發(fā)明一種易行的裝置，能有效促進(jìn)合金各組份溶解或相的均質(zhì)化，并共同借助“抑制”和“折斷”兩種基體結(jié)晶機(jī)制來高效、優(yōu)質(zhì)地進(jìn)行鑄造熔體的均勻化處理呢？這就是本實(shí)用新型的“切割破散”裝置所要解決的問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]為了發(fā)揮多種機(jī)制優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單高效、優(yōu)質(zhì)無害地均勻化處理金屬熔體的要求，本實(shí)用新型研制了金屬熔體及其復(fù)合材料的“切割破散”裝置。
[0004]本實(shí)用新型的金屬熔體均勻化處理的切割破散裝置包括以下三種方式:
[0005]一種金屬熔體均勻化處理的切割破散裝置，該裝置包括切割片、旋轉(zhuǎn)軸、液面保護(hù)罩和電機(jī)等；所述的切割片安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，所述的旋轉(zhuǎn)軸與電機(jī)連接，通過電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)交互變換，使旋轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)上下往復(fù)移動(dòng)，所述的切割片和旋轉(zhuǎn)軸置于金屬熔體的保溫容腔內(nèi)，所述的液面保護(hù)罩置于保溫容腔內(nèi)金屬熔體液面附近的上方或下方，所述的切割片似刀型，旋轉(zhuǎn)前端銳利，側(cè)面呈斜面、水平面或曲面。
[0006]一種金屬熔體均勻化處理的切割破散裝置，該裝置包括切割片、旋轉(zhuǎn)軸、液面保護(hù)罩、電機(jī)和移動(dòng)軌等；所述的切割片安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，所述的旋轉(zhuǎn)軸與電機(jī)連接，所述的電機(jī)安裝在可上、下移動(dòng)的移動(dòng)軌上，電機(jī)可進(jìn)行單向(正向或反向)轉(zhuǎn)動(dòng)，或者進(jìn)行正、反向轉(zhuǎn)交互變換，所述的切割片和旋轉(zhuǎn)軸置于金屬熔體的保溫容腔內(nèi)，所述的液面保護(hù)罩置于保溫容腔內(nèi)金屬熔體液面附近的上方或下方，所述的切割片似刀型，旋轉(zhuǎn)前端銳利，側(cè)面呈斜面、水平面或曲面。
[0007]一種金屬熔體均勻化處理的切割破散裝置，該裝置包括切割片、旋轉(zhuǎn)軸、液面保護(hù)罩、電機(jī)和升降臺(tái)等；所述的切割片安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，所述的旋轉(zhuǎn)軸與電機(jī)連接，所述的切割片和旋轉(zhuǎn)軸置于金屬熔體的保溫容腔內(nèi)，金屬熔體的保溫容腔置于升降臺(tái)上，電機(jī)可進(jìn)行單向(正向或反向)轉(zhuǎn)動(dòng)，或者進(jìn)行正、反向轉(zhuǎn)交互變換，所述的液面保護(hù)罩置于保溫容腔內(nèi)金屬熔體液面附近的上方或下方，所述的切割片似刀型，旋轉(zhuǎn)前端銳利，側(cè)面呈斜面、水平面或曲面。
[0008]在上述三種形式的切割破散裝置中，還包括聯(lián)軸器，所述的聯(lián)軸器一端與旋轉(zhuǎn)軸連接，另一端與電機(jī)連接，即旋轉(zhuǎn)軸與電機(jī)之間通過聯(lián)軸器相連接。
[0009]所述的液面保護(hù)罩上設(shè)置通孔，通孔可用于聯(lián)通保護(hù)罩上部和下部熔體。
[0010]該裝置還包括熱電偶；所述的熱電偶通過液面保護(hù)罩上的通孔或液面保護(hù)罩與容腔內(nèi)壁的間隙置于金屬熔體中。
[0011]所述的切割片可為2個(gè)以上，所述的切割片布置在一個(gè)或數(shù)個(gè)旋轉(zhuǎn)面上。優(yōu)選的，所述的切割片為3個(gè)，形狀為刀型，旋轉(zhuǎn)前端鋒利，下側(cè)面是水平面，上側(cè)面是斜面，所述的切割片布置在3個(gè)旋轉(zhuǎn)面上，沿旋轉(zhuǎn)軸周向?qū)ΨQ分布。切割片還可具有雙向的尖銳旋轉(zhuǎn)前端。
[0012]上述三種形式的裝置，通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)交互變換，或者電機(jī)沿移動(dòng)軌上下移動(dòng)，或者升降臺(tái)的升降，實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于金屬熔體保溫容腔的上下往復(fù)移動(dòng)，這樣，電機(jī)就能在驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)切割片在保溫容腔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)還帶動(dòng)它們沿軸向相對(duì)于保溫容腔上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在旋轉(zhuǎn)軸位于金屬熔體液面上方處，設(shè)置一個(gè)聯(lián)軸器，以快速連接和分開電機(jī)部件，轉(zhuǎn)移容腔內(nèi)的熔體進(jìn)行鑄造。
[0013]該裝置機(jī)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，裝置的型號(hào)尺寸與熔體容腔的尺寸相匹配，無任何增加技術(shù)成本的復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)或是電磁攪拌線圈。
[0014]采用上述金屬熔體均勻化處理的切割破散裝置，用于在澆鑄前均勻化處理金屬熔體，包括如下步驟:
[0015]①先將金屬熔體所需的添加劑預(yù)熱；
[0016]②在處于保溫容腔內(nèi)即將澆鑄的金屬熔體中，按比例加入預(yù)熱的添加劑后，進(jìn)行切割破散的均勻化處理；或者按流量比例連續(xù)加入預(yù)熱的添加劑，同時(shí)進(jìn)行連續(xù)地切割破散的均勻化處理；
[0017]③進(jìn)行切割破散時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸和切割片在保溫容腔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)還沿軸向相對(duì)于保溫容腔進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過切割片的高速旋轉(zhuǎn)和相對(duì)于保溫容腔的上下移動(dòng)，在熔體內(nèi)形成無液面翻騰的可控多向紊流，同時(shí)還直接切割、破散(或分散)熔體內(nèi)的微小固相、第二相、氧化物和夾雜物等，使鑄造前金屬熔體內(nèi)的溶質(zhì)高度彌散均勻化；
[0018]④在金屬熔體溫度降低達(dá)到澆鑄溫度時(shí)，停止切割破散的均勻化處理，將切割片和旋轉(zhuǎn)軸升出液面后轉(zhuǎn)移保溫容腔，并澆鑄已高度均質(zhì)化的金屬熔體或半固態(tài)漿料(ts< τ@< IV)，從而獲得均勻細(xì)小、優(yōu)良致密的鑄件凝固組織。
[0019]步驟①中，所述的添加劑為細(xì)化劑、微合金或復(fù)合材料顆粒等元素或中間合金，預(yù)熱溫度為50°c?TKl+50°C，TKL為添加劑的液相線溫度。
[0020]步驟②中，對(duì)于連續(xù)鑄造，容腔內(nèi)的金屬熔體是連續(xù)流過，添加劑是按流量比例連續(xù)供給，切割破散的均勻化處理也是連續(xù)運(yùn)行；對(duì)于間歇鑄造(例如模鑄)，容腔內(nèi)是定量的金屬熔體，添加劑是“實(shí)時(shí)的”定量加入。
[0021]步驟③中，進(jìn)行切割破散時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸可進(jìn)行單向旋轉(zhuǎn)，或者可進(jìn)行正、反向交互變換旋轉(zhuǎn)，如上升時(shí)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，下降時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，或上升時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，下降時(shí)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
[0022]通過電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)交互變換實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸的上下移動(dòng)，或者電機(jī)沿移動(dòng)軌上下移動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸上下移動(dòng)，或者通過升降臺(tái)的升降帶動(dòng)保溫容腔上下移動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸和切割片沿軸向相對(duì)于保溫容腔內(nèi)熔體的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0023]在保溫容腔內(nèi)金屬熔體液面附近的上方或下方安裝液面保護(hù)罩，液面保護(hù)罩上有通孔，可聯(lián)通保護(hù)罩上部和下部熔體。
[0024]步驟④中，澆鑄溫度T@< IY+50°C，TS、IY分別為金屬固、液相線溫度。電機(jī)和旋轉(zhuǎn)軸之間可以采用聯(lián)軸器連接，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)軸的快速連接和分開；在此情況下則需分開聯(lián)軸器，迅速轉(zhuǎn)移保溫容腔機(jī)構(gòu)(包含脫離聯(lián)軸器后留下的旋轉(zhuǎn)軸和切割片等所有部件)進(jìn)行澆鑄。
[0025]對(duì)從熔煉保溫爐內(nèi)流出或定量舀出的、即將澆鑄的金屬熔體“實(shí)時(shí)”添加細(xì)化劑、微合金或復(fù)合材料顆粒等元素是上述方法的特點(diǎn)之一。在金屬連鑄行業(yè)中，連續(xù)的“喂絲”就是一種實(shí)時(shí)的細(xì)化劑添加方法。但是，對(duì)于間歇式的“模鑄”，細(xì)化劑等元素的添加一般是提前在熔煉保溫爐內(nèi)進(jìn)行的，由于量大、鑄造周期慢長，這就使得批次先后取出的金屬熔體內(nèi)的元素含量不均勻、偏析，甚至細(xì)化劑效果衰退。上述方法中，首先在大熔煉保溫爐內(nèi)進(jìn)行細(xì)化劑等元素的初步預(yù)混后，對(duì)定量取出且即將澆鑄的熔體再次“實(shí)時(shí)的”進(jìn)行余量的細(xì)化劑等元素添加，不但能充分保證批次的各元素組分含量均等，而且能最大程度地防止元素效力衰退。
[0026]對(duì)上述即將鑄造的金屬熔體進(jìn)行實(shí)時(shí)的、促進(jìn)各組分溶解擴(kuò)散或分散的均勻化處理是上述方法的特點(diǎn)之二。為了能更好地促進(jìn)元素溶解和熔體成分以及所有相的分布均勻，充分發(fā)揮各元素的特殊作用，在金屬凝固前繼續(xù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的均勻化處理是一種創(chuàng)新的技術(shù)理念。
[0027]金屬熔體均勻化處理采用“切割破散”裝置是上述方法的特點(diǎn)之三。實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的切割片裝置似刀型:其旋轉(zhuǎn)前端尖銳，產(chǎn)生的高強(qiáng)剪切作用能直接切割、破散熔體內(nèi)所有微小固相、第二相、氧化物、夾雜甚至分子有序排列；如果切割片前端是漸窄的設(shè)計(jì)，可以用于分散、混合金屬基復(fù)合材料；切割片的側(cè)面呈斜面、水平面或曲面，根據(jù)調(diào)整不同的斜度和曲度來調(diào)整“攪拌”效應(yīng):斜度和曲度越大，則“攪拌翻騰”作用越劇烈；如果斜度很小接近于水平面，則旋轉(zhuǎn)周向的流動(dòng)接近層流。在適當(dāng)側(cè)面斜度和曲度的幾何設(shè)計(jì)下，“切割破散”裝置和方法使得容腔內(nèi)金屬熔體經(jīng)受的擾動(dòng)是“范圍和強(qiáng)度可控”的，局部有序?qū)恿鞯w紊流，旋轉(zhuǎn)軸可以帶動(dòng)切割片在保溫容腔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)還能沿軸向上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，就能將這種局部有序的可控流動(dòng)施加到全部熔體中，無液面翻騰。因此，這種切割破散裝置和方法是在制造“可控紊流”的同時(shí)兼有“切割破散”效應(yīng)。相比較其它借助電磁力或機(jī)械力對(duì)金屬熔體實(shí)施單純的“攪拌”處理裝置和方法，本實(shí)用新型簡(jiǎn)單高效，在金屬熔體處理和鑄造的原理上實(shí)現(xiàn)了重要?jiǎng)?chuàng)新。
[0028]本實(shí)用新型還具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0029]1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，處理效果好。
[0030]2、無液面翻騰，消除了諸如其它攪拌引起的卷渣、卷氣污染。
[0031]3、可分別進(jìn)行熔體漿料的批次或連續(xù)處理。
【附圖說明】
[0032]圖1為金屬熔體的切