CN105195716A - 纵向磁场下定向凝固cet细化金属凝固组织的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纵向磁场下定向凝固CET细化金属凝固组织的方法，步骤包括：首先将定向凝固坩埚连接于定向凝固装置的拉杆上，组成抽拉系统，使其能在加热炉中抽拉作直线移动；然后在坩埚内装入固态金属材料，将加热炉内腔炉温加热到设定温度，使坩埚中的金属材料熔化，并按照设定时间对熔化后的金属熔体进行保温，然后开启抽拉系统，以设定的拉速进行定向抽拉，在抽拉过程中，向金属熔体施加纵向磁场，并始终保持坩埚内的金属固液界面处于具有设定磁场强度的稳恒磁场区域；抽拉结束后，即获得凝固后的金属棒材。本发明利用Seeback效应，通过纵向磁场作用于定向凝固的固液界面将柱状晶转变为等轴晶，从而获得细化的金属凝固组织。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属凝固组织的制备方法，尤其是涉及一种外加磁场的金属凝固组织的制备方法，应用于金属材料重熔铸造加工技术领域。
背景技术
金属材料对于一个国家的发展和进步有着十分重要的影响。随着现代科学技术的突飞猛进，人们对金属材料性能的要求也越来越高，而获得高品质金属材料的关键是有效的控制金属的凝固过程。其中，细化金属凝固组织既能提高材料的强度,又能提高材料塑性,同时也能显著提高其力学性能。为了获得细化的金属凝固组织，研究者们进行了大量的探索和研究。根据控制熔体手段的作用方式不同，可以将这些手段分为物理法，化学法以及外加物理场法。
物理法是指采用机械力引起液相和固相的相对运动，导致枝晶的破碎或枝晶与铸型分离，在液相中形成大量结晶核心，达到细化金属凝固组织的效果。但这种方法需要通过振荡器与熔体接触才能将振荡力传至熔体，造成金属液的污染，同时，振荡的细化效果主要集中于振荡器附近，得到的组织不均匀。化学法主要是向液体中添加少量特殊的化学物质或化学元素，来促使熔体内部的非均质生核及抑制晶粒的长大。但此方法不仅成本高，制备工艺复杂，而且有时因外来质点的加入，使金属中异质颗粒、夹杂增多，结果反而导致塑性降低，力学性能下降。
近年来，利用外加物理场方法来改善金属凝固组织和性能的方法，由于其具有无污染，操作方便，效果显著等优点，显示出十分广阔的应用前景，目前越来越受到材料工作者的重视,日益成为人们的研究热点。但各自也存在一定的缺点。在超声波细化金属凝固组织技术中，将超声波的耐热工具头导入金属熔体中导入是一个技术关键，同时由于超声波在金属熔体中的耗散严重，其细化作用有限，这也限制了它的应用；对于脉冲电流细化金属凝固组织技术中，电极与熔体接触可能会产生激冷效应或污染，电流直接通过金属熔体，若电流过大则易造成熔体飞溅，电流太小，会使新形成的晶粒在高温熔体中重熔，弱化细化效果；在脉冲磁场细化金属凝固组织技术中，将强磁场施加到金属熔体后产生感应电流，如果磁场强度较大，强磁场也会使金属表面产生强烈波动甚至飞溅。特别的，在电磁场细化金属凝固组织技术，无论是外加还是感应产生的交变电流都会在熔体中发生趋肤效应，严重影响细化作用范围。因此，细化作用范围广和效果好、无污染和高安全性将是细化金属凝固组织技术的改善目标，也成为亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种纵向磁场下定向凝固CET细化金属凝固组织的方法，在稳恒磁场下进行金属重熔后定向凝固，使凝固组织发生柱状晶向到等轴晶的转变(CET)，从而细化金属凝固组织。本发明显著细化金属凝固组织且细化作用范围大，与熔体非接触式无污染，磁场可以抑制液体流动防止飞溅安全性高，适合各种金属材料的组织细化。
为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案：
一种纵向磁场下定向凝固CET细化金属凝固组织的方法，步骤如下：
a．金属熔铸装置设置：首先将定向凝固坩埚连接于定向凝固装置的拉杆上，组成抽拉系统，使其能在加热炉中抽拉作直线移动；
b．金属熔铸过程：在坩埚内装入固态金属材料，将加热炉内腔炉温加热到设定温度，使坩埚中的金属材料熔化，并按照设定时间对熔化后的金属熔体进行保温，然后开启抽拉系统，以设定的拉速进行定向抽拉，在抽拉过程中，向金属熔体施加纵向磁场，使所述稳恒磁场的中心磁力线与抽拉方向平行，并始终保持坩埚内的金属固液界面处于具有设定磁场强度的稳恒磁场区域；坩埚内金属固液界面前沿的温度梯度优选控制在40～62.8K/cm；抽拉系统的拉速优选采用2～20μm/s；优选始终保持坩埚内的金属固液界面处于接近12T的磁场强度的稳恒磁场区域；对坩埚中的金属熔体保温优选接近0.5小时后，再开启抽拉系统进行抽拉；在坩埚内优选装入Sn-Pb、Al-Cu、Al-Si或Al-Si-Fe合金进行熔铸；
c．抽拉结束后，即获得凝固后的金属棒材。
本发明原理：
本发明基于Seeback效应。Seeback效应是指当两个Seebeck系数不同的金属上下两端分别连接在一起，且两结点之间具有温度梯度，回路中就会形成热电流。在定向凝固过程中固液界面会存在较大的温度梯度，并且枝晶固相和枝晶间的液相成分不同导致其Seebeck系数不同，因此会在固相中产生热电流。当处于纵向磁场中，若热电流方向与磁场方向不同，则会产生洛伦兹力。只要热电流和磁场强度足够大，产生的洛伦兹力将破坏枝晶完成CET，在界面前沿增大形核率并细化晶粒。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明制备的金属凝固组织显著细化，等轴晶尺寸小于0.1mm，细化作用深入熔体内部范围更广，金属凝固组织细化更加均匀，柱状晶几乎全部转换成等轴晶；
2.本发明利用定向凝固中的高温度梯度产生热电流与磁场作用进行非接触式熔体处理，同电磁振荡等接触熔体处理相比，可以避免电极对熔体的激冷效应或污染；
3.本发明是在传统定向凝固装置上外加纵向磁场，操作简单，易于实现，同时较高的磁场强度会抑制熔体宏观流动，防止液体飞溅，安全性高。
附图说明
图1是本发明实施例一定向凝固方法采用的金属熔铸装置结构示意图。
图2是本发明实施例一方法中CET的原理示意图。
图3是本发明实施例一和对比例一制备的金属棒材的纵截面的微观凝固组织照片对比。
图4是本发明实施例二和对比例二制备的金属棒材的纵截面的微观凝固组织照片对比。
图5是本发明实施例三和对比例三制备的金属棒材的纵截面的微观凝固组织照片对比。
图6是本发明实施例四和对比例四方法中形成的宏观固液界面EBSD衍射花样对比。
图7是本发明实施例五和对比例五方法中形成的宏观固液界面EBSD衍射花样对比。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1～图3，本发明定向凝固方法采用的金属熔铸装置由水冷夹套1、加热炉2、磁体4、冷却池6、拉杆7和定向凝固坩埚8组成，定向凝固坩埚8通过加热炉2的加热使金属材料熔化，将定向凝固坩埚8连接于定向凝固装置的拉杆7上，组成抽拉系统，使其能在加热炉2中抽拉作直线移动，通过拉杆7的抽拉和冷却池6的冷却作用使熔化的金属材料进行定向凝固，在定向凝固坩埚8内腔中上面部分为合金棒液相部分3，在定向凝固坩埚8内腔中下面部分为合金棒固相部分6，在合金棒液相部分3和合金棒固相部分6界面位置形成固液界面转变区，本发明是在传统定向凝固装置上通过磁体4施加外加纵向磁场，磁场强度会抑制熔体宏观流动，防止液体飞溅，同时根据Seeback效应，通过纵向磁场作用于定向凝固的固液界面将柱状晶转变为等轴晶，从而获得细化的金属凝固组织，本实施例的材料为Sn-20wt%Pb合金，参见图3。
参见图1和图2，本实施例一种纵向磁场下定向凝固CET细化金属凝固组织的方法，步骤如下：
a．金属熔铸装置设置：首先将定向凝固坩埚连接于定向凝固装置的拉杆上，组成抽拉系统，使其能在加热炉中抽拉作直线移动；
b．金属熔铸过程：采用刚玉管作为定向凝固坩埚8，刚玉管的内径3mm，长度200mm，磁体4采用电磁体，采用Sn-20wt%Pb合金，按照合金比例4:1称量打磨掉氧化层的纯度为99.99%的Sn和Pb，在真空炉中熔化金属并电磁搅拌1小时，使原材料充分混合后，用内径为3mm的石英管进行真空负压吸铸，得到成分均匀的Sn-20wt%Pb合金棒试样，合金棒试样的直径2.9mm，长度150mm，并将其封装在刚玉管中备用，将垂直定向凝固装置放入纵向强磁场中，所述纵向强磁场由磁体4产生，将刚玉管连接于定向凝固装置的拉杆7上，使其能在加热炉2中抽拉作垂直移动；开启电磁体使其产生12T纵向磁场，加热到600℃使合金熔化，并保温0.5小时，然后开启抽拉系统以设定的拉速10μm/s进行定向抽拉，在抽拉过程中，向金属熔体施加纵向磁场，使所述稳恒磁场的中心磁力线与抽拉方向平行，并始终保持刚玉管中的金属固液界面处于具有设定磁场强度的稳恒磁场区域，在抽拉过程中保持刚玉管中固液界面处于稳恒磁场区域，定向凝固坩埚8内Sn-Pb合金样品固液界面前沿的温度梯度为52K/cm；
c．抽拉结束后，即获得凝固后的Sn-Pb合金棒材。将所得的Sn-Pb合金棒状材料切开，得到观察组织的纵截面样品，镶嵌样品后进行研磨、抛光，对金相进行观察，其微观组织如图3中施加12T磁场时的微观组织图所示。
本实施例通过纵向磁场作用于定向凝固金属固液界面产生CET，而获得细化金属凝固组织，本实施例在定向凝固过程中固液界面会存在较大的温度梯度，并且枝晶固相和枝晶间的液相成分不同导致其Seebeck系数不同，因此会在固相中产生热电流。当处于纵向磁场中，若热电流方向与磁场方向不同，则会产生洛伦兹力。只要热电流和磁场强度足够大，产生的洛伦兹力将破坏枝晶完成CET，在界面前沿增大形核率并细化晶粒，如图2所示。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图4，本实施例一种纵向磁场下定向凝固CET细化金属凝固组织的方法，步骤如下：
a．本步骤与实施例一相同；
b．金属熔铸过程：采用刚玉管作为定向凝固坩埚8，刚玉管的内径3mm，长度200mm，磁体4采用电磁体，采用Al-20wt%Cu合金棒试样，合金棒试样的直径2.9mm，长度150mm，并将其封装在刚玉管中备用，将垂直定向凝固装置放入纵向强磁场中，所述纵向强磁场由磁体4产生，将刚玉管连接于定向凝固装置的拉杆7上，使其能在加热炉2中抽拉作垂直移动；开启电磁体使其产生12T纵向磁场，加热炉的中心温度为900℃使合金熔化，并保温0.5小时，然后开启抽拉系统以设定的拉速5μm/s进行定向抽拉，在抽拉过程中，向金属熔体施加纵向磁场，使所述稳恒磁场的中心磁力线与抽拉方向平行，并始终保持刚玉管中的金属固液界面处于具有设定磁场强度的稳恒磁场区域，在抽拉过程中保持刚玉管中固液界面处于稳恒磁场区域，定向凝固坩埚8内Al-Cu合金样品固液界面前沿的温度梯度为62.8K/cm；
c．抽拉结束后，即获得凝固后的Al-Cu合金棒材。将所得的Al-Cu合金棒状材料切开，得到观察组织的纵截面样品，镶嵌样品后进行研磨、抛光，对金相进行观察，其微观组织如图4中施加12T磁场时的微观组织图所示。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图5，本实施例一种纵向磁场下定向凝固CET细化金属凝固组织的方法，步骤如下：
a．本步骤与实施例一相同；
b．金属熔铸过程：采用刚玉管作为定向凝固坩埚8，刚玉管的内径3mm，长度200mm，磁体4采用电磁体，采用Al-7wt%Si-1wt%Fe合金棒试样，合金棒试样的直径2.9mm，长度150mm，并将其封装在刚玉管中备用，将垂直定向凝固装置放入纵向强磁场中，所述纵向强磁场由磁体4产生，将刚玉管连接于定向凝固装置的拉杆7上，使其能在加热炉2中抽拉作垂直移动；开启电磁体使其产生12T纵向磁场，加热炉的中心温度为900℃使合金熔化，并保温0.5小时，然后开启抽拉系统以设定的拉速5μm/s进行定向抽拉，在抽拉过程中，向金属熔体施加纵向磁场，使所述稳恒磁场的中心磁力线与抽拉方向平行，并始终保持刚玉管中的金属固液界面处于具有设定磁场强度的稳恒磁场区域，在抽拉过程中保持刚玉管中固液界面处于稳恒磁场区域，定向凝固坩埚8内Al-Si-Fe合金样品固液界面前沿的温度梯度为40K/cm；
c．抽拉结束后，即获得凝固后的Al-Si-Fe合金棒材。将所得的Al-Si-Fe合金棒状材料切开，得到观察组织的纵截面样品，镶嵌样品后进行研磨、抛光，对金相进行观察，其微观组织如图5中施加12T磁场时的微观组织图所示。
实施例四：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图6，本实施例一种纵向磁场下定向凝固CET细化金属凝固组织的方法，步骤如下：
a．本步骤与实施例一相同；
b．金属熔铸过程：采用刚玉管作为定向凝固坩埚8，刚玉管的内径3mm，长度200mm，磁体4采用电磁体，采用Sn-20wt%Pb合金棒试样，合金棒试样的直径2.9mm，长度150mm，并将其封装在刚玉管中备用，将垂直定向凝固装置放入纵向强磁场中，所述纵向强磁场由磁体4产生，将刚玉管连接于定向凝固装置的拉杆7上，使其能在加热炉2中抽拉作垂直移动；开启电磁体使其产生12T纵向磁场，加热炉的中心温度为900℃使合金熔化，并保温0.5小时，然后开启抽拉系统以设定的拉速2μm/s进行定向抽拉，在抽拉过程中，向金属熔体施加纵向磁场，使所述稳恒磁场的中心磁力线与抽拉方向平行，并始终保持刚玉管中的金属固液界面处于具有设定磁场强度的稳恒磁场区域，在抽拉过程中保持刚玉管中固液界面处于稳恒磁场区域，定向凝固坩埚8内Sn-Pb合金样品固液界面前沿的温度梯度为52K/cm；
c．抽拉60mm对后定向凝固坩埚8内Sn-Pb合金进行淬火，获得Sn-Pb合金的固液界面。其固液界面EBSD衍射花样如图6中施加12T磁场时的微观组织图所示。
实施例五：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图7，本实施例一种纵向磁场下定向凝固CET细化金属凝固组织的方法，步骤如下：
a．本步骤与实施例一相同；
b．金属熔铸过程：采用刚玉管作为定向凝固坩埚8，刚玉管的内径3mm，长度200mm，磁体4采用电磁体，采用Al-20wt%Cu合金棒试样，合金棒试样的直径2.9mm，长度150mm，并将其封装在刚玉管中备用，将垂直定向凝固装置放入纵向强磁场中，所述纵向强磁场由磁体4产生，将刚玉管连接于定向凝固装置的拉杆7上，使其能在加热炉2中抽拉作垂直移动；开启电磁体使其产生12T纵向磁场，加热炉的中心温度为900℃使合金熔化，并保温0.5小时，然后开启抽拉系统以设定的拉速20μm/s进行定向抽拉，在抽拉过程中，向金属熔体施加纵向磁场，使所述稳恒磁场的中心磁力线与抽拉方向平行，并始终保持刚玉管中的金属固液界面处于具有设定磁场强度的稳恒磁场区域，在抽拉过程中保持刚玉管中固液界面处于稳恒磁场区域，定向凝固坩埚8内Sn-Pb合金样品固液界面前沿的温度梯度为62.8K/cm时；
c．抽拉60mm对后定向凝固坩埚8内Al-Cu合金进行淬火，获得Al-Cu合金的固液界面。其固液界面EBSD衍射花样如图7中施加12T磁场时的微观组织图所示。
对比例一：
参见图3，本对比例一种金属定向凝固的方法，步骤如下：
a．金属熔铸装置设置：首先将定向凝固坩埚连接于定向凝固装置的拉杆上，组成抽拉系统，使其能在加热炉中抽拉作直线移动；
b．金属熔铸过程：采用刚玉管作为定向凝固坩埚8，刚玉管的内径3mm，长度200mm，采用Sn-20wt%Pb合金棒试样，按照合金比例4:1称量打磨掉氧化层的纯度为99.99%的Sn和Pb，在真空炉中熔化金属并电磁搅拌1小时，使原材料充分混合后，用内径为3mm的石英管进行真空负压吸铸，得到成分均匀的Sn-20wt%Pb合金棒试样，合金棒试样的直径2.9mm，长度150mm，并将其封装在刚玉管中备用，合金棒试样的直径2.9mm，长度150mm，并将其封装在刚玉管中备用，将刚玉管连接于定向凝固装置的拉杆7上，使其能在加热炉2中抽拉作垂直移动；加热炉加热到600℃使合金熔化，并保温0.5小时，然后开启抽拉系统以设定的拉速10μm/s进行定向抽拉，定向凝固坩埚8内Sn-Pb合金样品固液界面前沿的温度梯度维持为52K/cm；
c．抽拉结束后，即获得凝固后的Sn-Pb合金棒材。将所得的Sn-Pb合金棒状材料切开，得到观察组织的纵截面样品，镶嵌样品后进行研磨、抛光，对金相进行观察，其微观组织如图3中施加0T磁场时的微观组织图所示。
对比例二：
本实施例与对比例一基本相同，特别之处在于：
参见图4，本对比例一种金属定向凝固的方法，步骤如下：
a．本步骤与对比例一的步骤相同；
b．金属熔铸过程：采用刚玉管作为定向凝固坩埚8，刚玉管的内径3mm，长度200mm，采用Al-20wt%Cu合金棒试样，合金棒试样的直径2.9mm，长度150mm，并将其封装在刚玉管中备用，合金棒试样的直径2.9mm，长度150mm，并将其封装在刚玉管中备用，将刚玉管连接于定向凝固装置的拉杆7上，使其能在加热炉2中抽拉作垂直移动；加热炉的中心温度为900℃使合金熔化，并保温0.5小时，然后开启抽拉系统以设定的拉速5μm/s进行定向抽拉，定向凝固坩埚8内Al-Cu合金样品固液界面前沿的温度梯度维持为62.8K/cm；
c．抽拉结束后，即获得凝固后的Al-Cu合金棒材。将所得的Al-Cu合金棒状材料切开，得到观察组织的纵截面样品，镶嵌样品后进行研磨、抛光，对金相进行观察，其微观组织如图4中施加0T磁场时的微观组织图所示。
对比例三：
本实施例与前述比例基本相同，特别之处在于：
参见图5，本对比例一种金属定向凝固的方法，步骤如下：
a．本步骤与对比例一的步骤相同；
b．金属熔铸过程：采用刚玉管作为定向凝固坩埚8，刚玉管的内径3mm，长度200mm，采用Al-7wt%Si-1wt%Fe合金棒试样，合金棒试样的直径2.9mm，长度150mm，并将其封装在刚玉管中备用，合金棒试样的直径2.9mm，长度150mm，并将其封装在刚玉管中备用，将刚玉管连接于定向凝固装置的拉杆7上，使其能在加热炉2中抽拉作垂直移动；加热炉的中心温度为900℃使合金熔化，并保温0.5小时，然后开启抽拉系统以设定的拉速5μm/s进行定向抽拉，定向凝固坩埚8内Al-Si-Fe合金样品固液界面前沿的温度梯度维持为40K/cm；
c．抽拉结束后，即获得凝固后的Al-Si-Fe合金棒材。将所得的Al-Si-Fe合金棒状材料切开，得到观察组织的纵截面样品，镶嵌样品后进行研磨、抛光，对金相进行观察，其微观组织如图5中施加0T磁场时的微观组织图所示。
对比例四：
本实施例与前述比例基本相同，特别之处在于：
参见图6，本对比例一种金属定向凝固的方法，步骤如下：
a．本步骤与对比例一的步骤相同；
b．金属熔铸过程：采用刚玉管作为定向凝固坩埚8，刚玉管的内径3mm，长度200mm，采用Sn-20wt%Pb合金棒试样，合金棒试样的直径2.9mm，长度150mm，并将其封装在刚玉管中备用，合金棒试样的直径2.9mm，长度150mm，并将其封装在刚玉管中备用，将刚玉管连接于定向凝固装置的拉杆7上，使其能在加热炉2中抽拉作垂直移动；加热炉的中心温度为900℃使合金熔化，并保温0.5小时，然后开启抽拉系统以设定的拉速2μm/s进行定向抽拉，定向凝固坩埚8内Sn-Pb合金样品固液界面前沿的温度梯度维持为52K/cm；
c．抽拉60mm对后定向凝固坩埚8内Sn-Pb合金进行淬火，获得Sn-Pb合金的固液界面。其固液界面EBSD衍射花样如图6中施加0T磁场时的微观组织图所示。
对比例五：
本实施例与前述比例基本相同，特别之处在于：
参见图7，本对比例一种金属定向凝固的方法，步骤如下：
a．本步骤与对比例一的步骤相同；
b．金属熔铸过程：采用刚玉管作为定向凝固坩埚8，刚玉管的内径3mm，长度200mm，采用Al-20wt%Cu合金棒试样，合金棒试样的直径2.9mm，长度150mm，并将其封装在刚玉管中备用，合金棒试样的直径2.9mm，长度150mm，并将其封装在刚玉管中备用，将刚玉管连接于定向凝固装置的拉杆7上，使其能在加热炉2中抽拉作垂直移动；加热炉的中心温度为900℃使合金熔化，并保温0.5小时，然后开启抽拉系统以设定的拉速20μm/s进行定向抽拉，定向凝固坩埚8内Sn-Pb合金样品固液界面前沿的温度梯度维持为62.8K/cm；
c．抽拉60mm对后定向凝固坩埚8内Al-Cu合金进行淬火，获得Al-Cu合金的固液界面。其固液界面EBSD衍射花样如图7中施加0T磁场时的微观组织图所示。
实验分析结果：
如图3，4，5所示，在Sn-20wt%Pb，Al-20wt%Cu和Al-7wt%Si-1wt%Fe三种合金的定向凝固组织中，凝固过程中未施加磁场的组织多为柱状晶，而施加磁场的组织明显发生CET，组织显著细化。
在Sn-20wt%Pb和Al-20wt%Cu合金定向凝固过程中淬火获得固液界面并对其进行EBSD分析，从衍射花样图6和7可知，两种合金凝固组织的细化是由于在固液界面处发生CET产生的。
本发明上述实施例利用Seeback效应，通过纵向磁场作用于定向凝固的固液界面将柱状晶转变为等轴晶，从而获得细化的金属凝固组织。其特征在于首先将定向凝固坩埚连接于定向凝固装置的拉杆上，组成抽拉系统，使其能在加热炉中抽拉作直线移动；将炉温加热到一定温度使坩埚中的金属熔化并保温一段时间，然后开启抽拉系统以设定的拉速进行定向抽拉，在抽拉过程中保证固液界面处于稳恒磁场区域；抽拉结束后，获得金属棒材。本方法显著细化金属凝固组织且细化作用范围大，与熔体非接触式无污染，磁场可以抑制液体流动防止飞溅安全性高，适合各种金属材料的组织细化。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明纵向磁场下定向凝固CET细化金属凝固组织的方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种纵向磁场下定向凝固CET细化金属凝固组织的方法，其特征在于，步骤如下：
a．金属熔铸装置设置：首先将定向凝固坩埚连接于定向凝固装置的拉杆上，组成抽拉系统，使其能在加热炉中抽拉作直线移动；
b．金属熔铸过程：在坩埚内装入固态金属材料，将加热炉内腔炉温加热到设定温度，使坩埚中的金属材料熔化，并按照设定时间对熔化后的金属熔体进行保温，然后开启抽拉系统，以设定的拉速进行定向抽拉，在抽拉过程中，向金属熔体施加纵向磁场，使所述稳恒磁场的中心磁力线与抽拉方向平行，并始终保持坩埚内的金属固液界面处于具有设定磁场强度的稳恒磁场区域；
c．抽拉结束后，即获得凝固后的金属棒材。
2.根据权利要求1所述纵向磁场下定向凝固CET细化金属凝固组织的方法，其特征在于：在所述步骤b金属熔铸过程中，坩埚内金属固液界面前沿的温度梯度为40～62.8K/cm。
3.根据权利要求1或2所述纵向磁场下定向凝固CET细化金属凝固组织的方法，其特征在于：在所述步骤b金属熔铸过程中，抽拉系统的拉速为2～20μm/s。
4.根据权利要求1或2所述纵向磁场下定向凝固CET细化金属凝固组织的方法，其特征在于：在所述步骤b金属熔铸过程的抽拉过程中，始终保持坩埚内的金属固液界面处于接近12T的磁场强度的稳恒磁场区域。
5.根据权利要求1或2所述纵向磁场下定向凝固CET细化金属凝固组织的方法，其特征在于：在所述步骤b金属熔铸过程中，对坩埚中的金属熔体保温接近0.5小时后，再开启抽拉系统进行抽拉。
6.根据权利要求1或2所述纵向磁场下定向凝固CET细化金属凝固组织的方法，其特征在于：在所述步骤b金属熔铸过程中，在坩埚内装入Sn-Pb、Al-Cu、Al-Si或Al-Si-Fe合金进行熔铸。
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