本發(fā)明屬于電磁鑄造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種磁場下的凝固取向裝置。

背景技術(shù)：

金屬熔體凝固時(shí)的凝固組織會(huì)受到溫度場的分布和磁場方向的影響，熔體內(nèi)溫度梯度的大小和方向決定了凝固組織的尺寸和生長方向，而磁場方向與凝固組織生長方向的不同夾角也決定了熔體凝固組織的不同效果。但現(xiàn)有的磁場環(huán)境下真空澆注實(shí)驗(yàn)中所采用的試樣多為長方體或圓柱體，使用其進(jìn)行金屬熔體的凝固過程實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于冷卻過程中金屬熔體宏觀的溫度梯度為某一個(gè)單一的方向，因此每次實(shí)驗(yàn)只能研究單一凝固組織生長方向與磁場方向的關(guān)系，且溫度梯度很難控制，若要研究多個(gè)不同凝固組織生長方向與磁場方向夾角之間的關(guān)系，則需要做大量的實(shí)驗(yàn)，不僅浪費(fèi)原材料和能源，還大大降低了實(shí)驗(yàn)效率。因此，需要一種新的裝置來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種磁場下的凝固取向裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可在一次實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)對多個(gè)不同凝固組織生長方向與磁場方向夾角關(guān)系的研究。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種磁場下的凝固取向裝置，包括圓柱形的冷卻銅模、殼體、第一法蘭、第二法蘭和密封蓋，所述冷卻銅模頂部與殼體底部通過第二法蘭連接，所述殼體頂部通過第一法蘭與密封蓋連接，所述第一法蘭上設(shè)置有充氣孔，殼體內(nèi)固定有坩堝，所述坩堝與殼體之間留有圓環(huán)形間隙，所述間隙與第一法蘭內(nèi)空間連通，坩堝外壁纏繞有感應(yīng)加熱線圈，坩堝底部開設(shè)有澆鑄口，坩堝內(nèi)設(shè)置有第一熱電偶和澆鑄控制桿，所述澆鑄控制桿穿透密封蓋且可相對密封蓋上下移動(dòng)，澆鑄控制桿向下移動(dòng)時(shí)可將澆鑄口封堵，殼體底部與澆鑄口對應(yīng)位置開有通孔，殼體底部還開有通氣孔，所述通氣孔將間隙與第二法蘭內(nèi)空間連通，所述第二法蘭上設(shè)置有排氣孔，所述冷卻銅模外側(cè)設(shè)置有穩(wěn)恒磁場發(fā)生器，冷卻銅模底板的上表面設(shè)置有與其內(nèi)壁同心的圓環(huán)形凹槽，所述圓環(huán)形凹槽內(nèi)安裝有石英管，所述石英管頂部安裝有圓錐形分流器，所述圓錐形分流器的頂點(diǎn)向上且對準(zhǔn)澆鑄口處。

所述石英管內(nèi)安裝有電阻加熱線圈，所述電阻加熱線圈內(nèi)設(shè)置有第二熱電偶。

所述電阻加熱線圈的功率可調(diào)，其加熱溫度范圍為20℃～1000℃。

所述冷卻銅模底板的上表面設(shè)置有多組同心的圓環(huán)形凹槽。

所述第一法蘭與第二法蘭均設(shè)有冷卻結(jié)構(gòu)，其冷卻方式為水冷。

所述冷卻銅模采用的冷卻方式為水冷。

所述密封蓋上設(shè)置有窺視孔，所述窺視孔處安裝有耐熱玻璃。

所述澆鑄控制桿與密封蓋之間設(shè)置有橡膠密封圈。

所述圓錐形分流器選用石墨材質(zhì)。

所述穩(wěn)恒磁場發(fā)生器所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度范圍為0.1T～6T。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明供了一種磁場下的凝固取向裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。由于石英管與冷卻銅模內(nèi)壁形成圓柱環(huán)空間，澆鑄后可形成圓柱環(huán)鑄件，圓柱環(huán)鑄件的組織凝固方向是沿徑向從外向內(nèi)生長，而穩(wěn)恒磁場發(fā)生器產(chǎn)生的磁場方向是恒定的，圓柱環(huán)鑄件不同位置的枝晶生長方向與磁場夾角均不同，因此，可在一次實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)對多個(gè)不同凝固組織生長方向與磁場方向夾角關(guān)系的研究，從而減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，提高實(shí)驗(yàn)效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明磁場下的凝固取向裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的A-A剖視圖；

圖3是圖2的B-B剖視圖；

圖中：1-冷卻銅模，2-殼體，3-第一法蘭，4-第二法蘭，5-密封蓋，6-充氣孔，7-坩堝，8-感應(yīng)加熱線圈，9-澆鑄口，10-第一熱電偶，11-澆鑄控制桿，12-通孔，13-通氣孔，14-排氣孔，15-穩(wěn)恒磁場發(fā)生器，16-圓環(huán)形凹槽，17-石英管，18-圓錐形分流器，19-電阻加熱線圈，20-第二熱電偶，21-窺視孔，22-耐熱玻璃，23-橡膠密封圈，24-第一進(jìn)水口，25-第一出水口，26-第二進(jìn)水口，27-第二出水口，28-第三進(jìn)水口，29-第三出水口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1至圖3所示，一種磁場下的凝固取向裝置，屬于電磁鑄造技術(shù)領(lǐng)域，用于研究多個(gè)不同凝固組織生長方向與磁場方向夾角間的關(guān)系。

本發(fā)明的磁場下的凝固取向裝置包括圓柱形的冷卻銅模1、殼體2、第一法蘭3、第二法蘭4和密封蓋5，冷卻銅模1頂部與殼體2底部通過第二法蘭4連接，殼體2頂部通過第一法蘭3與密封蓋5連接。第一法蘭3上設(shè)置有充氣孔6，充氣孔6用于向裝置內(nèi)充入保護(hù)性氣體以保護(hù)裝置內(nèi)熔煉及澆鑄時(shí)的氣氛，防止裝置內(nèi)金屬在高溫狀態(tài)下被氧化，在本實(shí)施例中，通過充氣孔6向裝置內(nèi)充入氬氣。第二法蘭4上設(shè)置有排氣孔14，排氣孔14用于將裝置內(nèi)的氣體排出，使裝置內(nèi)形成真空，防止金屬在高溫下被裝置內(nèi)的空氣氧化。第一法蘭3與第二法蘭4均設(shè)有冷卻結(jié)構(gòu)，其冷卻方式為水冷。在本實(shí)施例中，第一法蘭3與第二法蘭4均采用雙層結(jié)構(gòu)，雙層結(jié)構(gòu)用于通過冷卻水，其中第一法蘭3上設(shè)有第一進(jìn)水口24與第一出水口25，第二法蘭4上設(shè)有第二進(jìn)水口26與第二出水口27。

殼體2內(nèi)固定有坩堝7，坩堝7用于將實(shí)驗(yàn)所需固態(tài)金屬加熱熔化，在本實(shí)施例中，坩堝7選用的是剛玉坩堝。坩堝7與殼體2之間留有圓環(huán)形間隙，間隙與第一法蘭3內(nèi)空間連通。坩堝7外壁纏繞有感應(yīng)加熱線圈8，感應(yīng)加熱線圈8用于對坩堝7內(nèi)的固態(tài)金屬進(jìn)行加熱，坩堝7底部開設(shè)有澆鑄口9，熔化后的金屬從澆鑄口9流入冷卻銅模1內(nèi)。坩堝7內(nèi)設(shè)置有第一熱電偶10和澆鑄控制桿11，第一熱電偶10用于檢測坩堝7內(nèi)的加熱溫度，澆鑄控制桿11穿透密封蓋5且可相對密封蓋5上下移動(dòng)，澆鑄控制桿11與密封蓋5之間設(shè)置有橡膠密封圈23。密封蓋5上設(shè)置有窺視孔21，用于查看坩堝7內(nèi)的金屬熔化情況，窺視孔21處安裝有耐熱玻璃22，以隔絕外部空氣通過窺視孔21進(jìn)入裝置內(nèi)。澆鑄控制桿11向下移動(dòng)時(shí)可將澆鑄口9封堵，通過澆鑄控制桿11的升降可實(shí)現(xiàn)金屬由坩堝7向冷卻銅模1內(nèi)的澆鑄，且結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。殼體2底部與澆鑄口9對應(yīng)位置開有通孔12，通孔12使?jié)茶T口9中流出的熔融狀態(tài)金屬順利流入冷卻銅模1內(nèi)。殼體2底部還開有通氣孔13，通氣孔13將間隙與第二法蘭4內(nèi)空間連通，通氣孔13使整個(gè)裝置內(nèi)的氣體相連通。冷卻銅模1外側(cè)設(shè)置有穩(wěn)恒磁場發(fā)生器15，在本實(shí)施例中，穩(wěn)恒磁場發(fā)生器15所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度范圍為0.1T～6T。

冷卻銅模1底板的上表面設(shè)置有與其內(nèi)壁同心的圓環(huán)形凹槽16，圓環(huán)形凹槽16內(nèi)安裝有石英管17，用以澆鑄時(shí)在冷卻銅模1內(nèi)形成圓柱環(huán)鑄件。在本實(shí)施例中，冷卻銅模1底板的上表面設(shè)置有多組同心的圓環(huán)形凹槽16，用來配合安裝不同直徑尺寸的石英管17，以形成不同內(nèi)徑的圓柱環(huán)鑄件來配合不同實(shí)驗(yàn)條件的需求。石英管17內(nèi)設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)裝置，用以控制熔融金屬在凝固時(shí)的溫度梯度分布，使熔體組織沿圓柱環(huán)鑄件的徑向由外向內(nèi)冷卻生長，并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。在本實(shí)施例中，石英管17內(nèi)安裝有電阻加熱線圈19，電阻加熱線圈19的功率可調(diào)，其加熱溫度范圍為20℃～1000℃，從而可研究不同溫度梯度下的金屬熔體組織的凝固情況，電阻加熱線圈19內(nèi)設(shè)置有第二熱電偶20，第二熱電偶20用以檢測電阻加熱線圈19的加熱溫度。石英管17頂部安裝有圓錐形分流器18，圓錐形分流器18的頂點(diǎn)向上且對準(zhǔn)澆鑄口9處，圓錐形分流器18可使熔化后的金屬均勻分散于冷卻銅模1內(nèi)。在本實(shí)施例中，圓錐形分流器18選用石墨材質(zhì)，因?yàn)槭馁|(zhì)具有耐高溫、加工容易等優(yōu)點(diǎn)，且石墨材質(zhì)不會(huì)與金屬材質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，保證了凝固后圓柱環(huán)鑄件材質(zhì)的純凈。冷卻銅模1采用的冷卻方式為水冷，在本實(shí)施例中，冷卻銅模1設(shè)置有雙層結(jié)構(gòu)，雙層結(jié)構(gòu)內(nèi)通有冷卻水，冷卻水用于對冷卻銅模1以及內(nèi)部的熔融金屬進(jìn)行冷卻，冷卻銅模1上設(shè)置有第三進(jìn)水口28與第三出水口29。

下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明的一次使用過程。

實(shí)驗(yàn)開始前，先打開密封蓋5，將澆鑄控制桿11插入澆鑄口9內(nèi)，在坩堝7內(nèi)加入配比后的固體金屬合金料，再合上密封蓋5，并向第一法蘭3、第二法蘭4和冷卻銅模1內(nèi)通入冷卻水，冷卻水通過第一進(jìn)水口24、第二進(jìn)水口26和第三進(jìn)水口28進(jìn)入，通過第一出水口25、第二出水口27和第三出水口29流出。之后，通過排氣孔14將裝置內(nèi)的氣體排出，形成真空，再經(jīng)充氣孔6向裝置內(nèi)充入氬氣，氬氣通過坩堝7與殼體2的間隙與通氣孔13進(jìn)入冷卻銅模1內(nèi)，從而在整個(gè)裝置內(nèi)充滿氬氣，防止高溫實(shí)驗(yàn)時(shí)金屬被氧化。

開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，將感應(yīng)加熱線圈8和電阻加熱線圈19加熱到指定溫度，并啟動(dòng)穩(wěn)恒磁場發(fā)生器15，開始生磁。坩堝7內(nèi)的固體金屬合金料在感應(yīng)加熱線圈8的加熱下開始熔化，通過窺視孔21可查看坩堝7內(nèi)金屬合金料的熔化情況，感應(yīng)加熱線圈8產(chǎn)生的渦流在使金屬合金料熔化的同時(shí)，還可以起到攪拌的作用，使得熔化后的金屬合金料保持較好的流動(dòng)性。在坩堝7內(nèi)的金屬合金料達(dá)到澆鑄條件后，上移澆鑄控制桿11，使熔化后的金屬合金料能夠通過澆鑄口9及通孔12向冷卻銅模1內(nèi)進(jìn)行澆鑄。圓錐形分流器18使?jié)茶T的金屬合金料均勻分散至冷卻銅模1內(nèi)，金屬合金料在冷卻銅模1內(nèi)凝固成圓柱環(huán)鑄件，凝固過程中，由于冷卻水和電阻加熱線圈19的作用，圓柱環(huán)鑄件內(nèi)形成沿徑向的溫度梯度，使凝固組織的晶枝沿徑向由外向內(nèi)生長，由于穩(wěn)恒磁場發(fā)生器15產(chǎn)生的磁場方向是恒定不變的，因此圓柱環(huán)鑄件不同位置組織生長方向與磁場方向呈現(xiàn)不同的角度。

澆鑄實(shí)驗(yàn)結(jié)束后靜置半小時(shí)，待圓柱環(huán)鑄件完全凝固以后，將冷卻銅模1從裝置上拆下，并從中取出圓柱環(huán)鑄件。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。