超強(qiáng)磁場(chǎng)定向凝固試驗(yàn)裝置的研制.pdf

1、定向凝固技術(shù)作為控制凝固組織的主要方法之一,具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.隨著定向凝固技術(shù)的發(fā)展,定向凝固的實(shí)驗(yàn)研究也不斷深入,各種新型定向凝固爐應(yīng)運(yùn)而生,伴隨對(duì)熱流控制(不同加熱、冷卻方式)技術(shù)的發(fā)展,定向凝固技術(shù)依次經(jīng)歷了發(fā)熱鑄型法(爐外法)、功率降低法(PD法)、鑄型下降法(HRS法)、液態(tài)金屬冷卻法(LMC法)等發(fā)展過(guò)程.近來(lái),將區(qū)熔技術(shù)與定向凝固技術(shù)相結(jié)合開(kāi)發(fā)出的超高溫度梯度定向裝置,提高了定向凝固界面前沿的溫度梯度,開(kāi)拓

2、了超細(xì)柱晶材料研究領(lǐng)域.為進(jìn)一步提高材料的性能,在ZMLMC超高梯度定向凝固技術(shù)的基礎(chǔ)上,利用電磁場(chǎng)可以抑制熱對(duì)流的優(yōu)點(diǎn),引入電磁約束成形技術(shù),實(shí)現(xiàn)了具有特定形狀的鑄件定向凝固組織的超細(xì)化.研究表明,均衡強(qiáng)磁場(chǎng)能夠影響晶體的長(zhǎng)大過(guò)程和約束晶體的排列方向,并且可以有效地抑制導(dǎo)電熔體中的熱對(duì)流.從而改變了凝固過(guò)程中的傳熱、傳質(zhì)過(guò)程,意味著均衡強(qiáng)磁場(chǎng)能改變凝固過(guò)程中晶體的生長(zhǎng)特性、界面形態(tài)、晶體排列及溶質(zhì)分布等,全面地影響著材料的凝固過(guò)程.因

3、此強(qiáng)磁場(chǎng)在材料凝固過(guò)程的應(yīng)用研究,有望產(chǎn)生一系列重大的材料制備新理論和新技術(shù).均衡強(qiáng)磁場(chǎng)與定向凝固技術(shù)相結(jié)合,將為控制材料凝固組織提供了新的手段,為了進(jìn)行探索這種新的凝固手段的機(jī)制和超強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)凝固特性的影響規(guī)律,我們研制了新型超強(qiáng)磁場(chǎng)下定向凝固試驗(yàn)裝置.經(jīng)過(guò)詳細(xì)的計(jì)算、設(shè)計(jì)、加工、安裝、調(diào)試、改進(jìn)等一系列工作,該裝置如期投入了使用.該裝置兼有快速液淬固定液固界面的功能,其主要性能指標(biāo)為:溫度梯度G<,L>=260℃/cm,最高溫度160

4、0℃,抽拉速度R=0.5~10<'4>um/s,定向凝固在充H<,2>或惰性氣體保護(hù)氣氛下進(jìn)行.定向材料最大尺寸為Φ10×150mm.可實(shí)現(xiàn)定向凝固試樣在任意位置的快速液淬,液淬時(shí)試樣浸入熔池的速度1.5×10<'4>μ m/s發(fā)液淬冷卻速率大于10<'4>℃/s.而且通過(guò)調(diào)整試樣、加熱溫度及凝固速率,可滿足各種不同要求的定向凝固試驗(yàn).經(jīng)過(guò)初步試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),金屬試樣在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下凝固,可獲得定向排列的合金凝固組織,為研究金屬材料在超強(qiáng)磁場(chǎng)中