超強磁場定向凝固試驗裝置的研制.pdf

1、定向凝固技術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際應用價值.隨著定向凝固技術的發(fā)展,定向凝固的實驗研究也不斷深入,各種新型定向凝固爐應運而生,伴隨對熱流控制(不同加熱、冷卻方式)技術的發(fā)展,定向凝固技術依次經歷了發(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)展過程.近來,將區(qū)熔技術與定向凝固技術相結合開發(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,開拓

2、了超細柱晶材料研究領域.為進一步提高材料的性能,在ZMLMC超高梯度定向凝固技術的基礎上,利用電磁場可以抑制熱對流的優(yōu)點,引入電磁約束成形技術,實現(xiàn)了具有特定形狀的鑄件定向凝固組織的超細化.研究表明,均衡強磁場能夠影響晶體的長大過程和約束晶體的排列方向,并且可以有效地抑制導電熔體中的熱對流.從而改變了凝固過程中的傳熱、傳質過程,意味著均衡強磁場能改變凝固過程中晶體的生長特性、界面形態(tài)、晶體排列及溶質分布等,全面地影響著材料的凝固過程.因

3、此強磁場在材料凝固過程的應用研究,有望產生一系列重大的材料制備新理論和新技術.均衡強磁場與定向凝固技術相結合,將為控制材料凝固組織提供了新的手段,為了進行探索這種新的凝固手段的機制和超強磁場對凝固特性的影響規(guī)律,我們研制了新型超強磁場下定向凝固試驗裝置.經過詳細的計算、設計、加工、安裝、調試、改進等一系列工作,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>或惰性氣體保護氣氛下進行.定向材料最大尺寸為Φ10×150mm.可實現(xiàn)定向凝固試樣在任意位置的快速液淬,液淬時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.而且通過調整試樣、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.經過初步試驗發(fā)現(xiàn),金屬試樣在強磁場作用下凝固,可獲得定向排列的合金凝固組織,為研究金屬材料在超強磁場中