CN103600059A - 液淬保温炉 - Google Patents
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Abstract
金属的凝固过程因其在不透明的状态下进行，不可能观察到凝固前金属内部的组织演变情况，给研究工作带来了很大的困难。本发明液淬保温炉实现了在实验室条件下研究金属凝固前内部的晶体析出行为，炉内能够模拟金属凝固过程，并可以结合环形冷铁进行强制迅速降温，从而实现凝固速度的可控，最终可以将高温时金属液中不同时刻的组织形态在炉外通过液淬的方法保留下来。能从同一炉金属液中获得化学成分及处理条件相同的多个液淬试样，以便观察凝固过程中晶体的生长情况，从而连续有效地研究凝固前其各个温度、各个时刻晶体析出行为。
Description
技术领域
本发明涉及观察金属凝固过程中的组织形态的一种实验方法，属于材料制备和加工领域。
背景技术
金属的凝固过程因其在不透明的状态下进行，所以通常在研究金属组织时只能研究金属凝固后终态的组织结构，不可能观察到凝固前金属内部的组织演变情况，进而无法连续地探讨各种影响因素对金属凝固过程的作用，给研究工作带来了很大的困难。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明液淬保温炉通过熔体保温的方法实现了在炉内能够模拟金属凝固过程从而研究金属凝固前内部的晶体析出行为。
在充满惰性气体的炉内，通过控制最低炉温大于凝固温度，保持坩埚内金属处于凝固前液体状态实现凝固过程的模拟，并可以结合环形冷铁进行强制迅速降温，从而实现凝固速度的可控，最终可以将高温时金属液中的组织形态在炉外通过液淬的方法保留下来。能从同一炉金属液中获得化学成分及处理条件相同的多个液淬试样，以便观察凝固过程中晶体的生长情况，从而连续有效地研究凝固前其各个温度、各个时刻的晶体析出行为。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
液淬保温炉，其特征在于：一种液淬保温炉，其特征在于：包含炉体（1）、炉盖（11）、控制柜（17）、坩埚（10）、加热棒（3）、环形冷铁（4）、金属液测温热电偶（6）及炉温测温热电偶（7）。
选取保温材料，如高温铝等，对炉体（1）内层及炉盖（11）内部进行填充，并在与坩埚（10）底部相接触一侧铺有耐火砖（10）。
选取合适尺寸的铂铑铂热电偶作为金属液测温热电偶（6）及炉温测温热电偶（7），通过炉体（1）侧面留有炉温测温热电偶插入孔（16）及炉盖（11）上的金属液测温热电偶置入孔（14）装配好。
对于加热棒（3）可以根据液淬的合金熔点进行选择，如铸铁铸钢可以选择硅钼棒，铝合金可以选择硅碳棒等。选定后通过炉体（1）上方的10个加热棒插入孔（15）进行装配。
环形冷铁（4）的尺寸及材料可以根据不同的液淬材料的降温速率要求进行设计，可以为铁、石墨等及其复合冷铁。
选取惰性气体排出炉内气体，营造金属内部无空气的凝固环境，可以选择氩气、氮气等，通过惰性气体通入管（8）进行连接。
控制柜（17）可以实现温度的控制及显示等功能，根据所需温度要求进行设置，通入惰性气体进行空气的排出，通电加热到设定温度。
将金属熔炼处理后，注入至预热好的坩埚（10）后迅速将其转移至炉内，并根据降温速率的要求选择性地加入事先设计好的环形冷铁（4），盖上炉盖（11），停止惰性气体的输送，关闭气流控制阀（9）。
根据控制柜上所显示的温度，进行液淬试样的提取。将炉盖（11）上的保护盖（12）迅速打开，利用内径为5mm壁厚为1mm的石英管通过液淬试样取料口（13）对液淬试样进行提取，取出后5秒内迅速进行液淬。
至此根据控制柜（17）上显示的不同温度，可以提取金属凝固前各个温度的试样并通过液淬的方法对对应温度下的组织进行保留。
本发明的优越性在于解决了传统条件下只能观察金属凝固后终态的组织结构，通过本发明可以研究金属凝固前各个温度内部的晶体析出行为，在充满惰性气体的炉内模拟凝固的过程中能进行液淬，并可通过环形冷铁进行强制迅速降温，最终可以将高温时金属液中的晶体形态保留下来，能从同一炉金属液中获得化学成分及处理条件相同的多个液淬试样，以便观察凝固过程中晶体的生长情况，从而连续且有效地研究凝固前其各个温度晶体析出行为。
附图说明
图1为本发明的整体及内部结构示意图。
图2为本发明的炉体结构示意图。
图3为本发明的炉盖结构示意图。
图4为本发明的环形冷铁示意图。
具体实施方式
实施例1：球墨铸铁的熔炼的液淬试样可以选择硅钼棒作为加热棒（3），选定后通过炉体（1）上方的10个加热棒插入孔（15）进行装配。
选取氩气作为惰性气体，通过惰性气体通入管（8）进行连接。
控制柜（17）将最低温度设置为1150℃，通入惰性气体进行空气的排出，通电加热到设定温度，可以将坩埚（10）先放入其中进行预热。
将球化处理后的铁液于1350℃注入至预热好的坩埚（10）后迅速将其转移至炉内，并根据降温速率的要求选择性地加入事先设计好的环形冷铁（4），盖上炉盖（11），停止惰性气体的输送，关闭气流控制阀（9）。
根据控制柜上所显示的温度，进行液淬试样的提取。将炉盖（11）上的保护盖（12）迅速打开，利用内径为5mm壁厚为1mm的石英管通过液淬试样取料口（13）对液淬试样进行提取，取出后5秒内迅速进行液淬。
至此可以根据控制柜（17）上显示的不同温度，提取金属凝固前各个温度的试样并通过液淬的方法对对应温度下的组织进行保留。最后对一系列的不同温度下凝固的试样进行组织分析。
实施例2：Al-Si合金熔炼的液淬试样可以选择硅碳棒作为加热棒（3），选定后通过炉体（1）上方的10个加热棒插入孔（15）进行装配。
选取氩气作为惰性气体，通过惰性气体通入管（8）进行连接。
控制柜（17）将最低温度设置为585℃，通入惰性气体进行空气的排出，通电加热到设定温度，可以将坩埚（10）先放入其中进行预热。
将熔炼后的铝液于720℃注入至预热好的坩埚（10）后迅速将其转移至炉内，并根据降温速率的要求选择性地加入事先设计好的环形冷铁（4），盖上炉盖（11），停止惰性气体的输送，关闭气流控制阀（9）。
根据控制柜上所显示的温度，进行液淬试样的提取。将炉盖（11）上的保护盖（12）迅速打开，利用内径为5mm壁厚为1mm的石英管通过液淬试样取料口（13）对液淬试样进行提取，取出后5秒内迅速进行液淬。
至此可以根据控制柜（17）上显示的不同温度，提取金属凝固前各个温度的试样并通过液淬的方法对对应温度下的组织进行保留。最后对一系列的不同温度下凝固的试样进行组织分析。
Claims (9)
1.一种液淬保温炉，其特征在于：包含炉体（1）、炉盖（11）、控制柜（17）、坩埚（10）、加热棒（3）、环形冷铁（4）、金属液测温热电偶（6）及炉温测温热电偶（7）。
2.根据权利要求1所述的液淬保温炉，其特征在于：所述的炉体（1）上方有加热棒插入孔（15）10个，侧面留有炉温测温热电偶插入孔（16）、惰性气体通入管（8）及气流控制阀（9），炉体内侧采用保温材料（2）进行填充，与坩埚（10）底部相接触一侧铺有耐火砖（10）。
3.根据权利要求1所述的液淬保温炉，其特征在于：所述的炉盖（11）上有液淬试样取料口（13），金属液测温热电偶置入孔（14）及保护盖（12），炉盖（11）内部选取与炉体（1）内部相同的保温材料填充。
4.根据权利要求1所述的液淬保温炉，其特征在于：所述的加热棒（3）可以根据液淬的合金熔点进行选择，如铸铁铸钢可以选择硅钼棒，铝合金可以选择硅碳棒等。
5.根据权利要求1所述的液淬保温炉，其特征在于：所述的金属液测温热电偶（6）及炉温测温热电偶（7）选择铂铑铂热电偶。
6.根据权利要求1所述的液淬保温炉，其特征在于：所述的控制柜（17）可以实现温度的控制及显示等功能。
7.根据权利要求1所述的液淬保温炉，其特征在于：所述的环形冷铁（4）的尺寸及材料可以根据不同的熔炼材料的降温速率要求进行设计，可以为铁、石墨等及其复合冷铁。
8.根据权利要求2所述的液淬保温炉，其特征在于：选取惰性气体排出炉内气体，营造金属内部无空气的凝固环境，可以选择氩气、氮气等。
9.根据权利要求3所述的液淬保温炉，其特征在于：利用石英管通过液淬试样取料口（13）对液淬试样进行提取。
Priority Applications (1)
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Publications (1)
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