CN114309549A - 一种用于h13热作模具钢的生产装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于H13热作模具钢的生产装置，在舱体内设有铸模、环形磁场发生器和定向磁场发生器；环形磁场发生器的线圈组A套设在铸模的外部，线圈组A产生沿切向的环形剪切力；定向磁场发生器包括线圈组B和线圈组C，线圈组B和线圈组C相对设置在铸模的两侧；线圈组B和线圈组C共同产生沿径向的定向剪切力。该生产装置具有设计合理、使用方便、实用性强的优点。在钢液冷凝过程中使用该生产装置，能够对钢液产生环形剪切力和定向剪切力，使得钢液的中心温度和边缘温度尽可能保持一致，减少温度差异对晶粒细化的影响，同时，定向磁场的存在，使得合金元素能够均匀的分布在钢液中，使得成品H13热作模具钢具有成分偏析程度低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及H13热作模具钢生产装置技术领域，具体涉及一种用于H13热作模具钢的生产装置。
背景技术
H13热作模具钢是目前世界上用量最大的钢种之一，广泛应用于热锻工具、挤压工具等方面。热作模具钢经常在高温高压、强摩擦、强冲击的环境下使用，因此，工业生产中对热作模具钢的韧性要求极高，以保证生产过程的顺利进行。
H13热作模具钢在生产过程中，主要采用重力铸造法，该生产方法中，钢液的中心温度与边缘温度差异较大，且在中心至边缘之间形成温度梯度，导致获得的铸锭中存在有大量柱状晶，极大地降低H13热作模具钢的性能；另外，由于H13热作模具钢由于其本身的合金元素含量较高，因此，在温度不均衡的凝固状态下，容易导致H13热作模具钢的偏析程度难以控制。
目前，在改善H13热作模具钢的生产过程中，通常采用降低钢液中的中S、 P元素含量、控制钢液的过冷度来改善铸锭的韧性和成分偏析，然而，这两种方法在使用过程中磨合较差，难以融合成一个整体的方案，从而使得这两种方法的实际使用率低，也未完成对H13热作模具钢进行改善。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种用于H13热作模具钢的生产装置，具体为一种设有环形磁场发生器和定向磁场发生器的生产装置。该生产装置具有设计合理、使用方便、实用性强的优点。在钢液冷凝过程中使用该生产装置，能够对钢液产生环形剪切力和定向剪切力，使得钢液的中心温度和边缘温度尽可能保持一致，减少温度差异对晶粒细化的影响，同时，定向磁场的存在，使得合金元素能够均匀的分布在钢液中，使得成品H13热作模具钢具有成分偏析程度低的优点。
本发明的技术方案如下：
一种用于H13热作模具钢的生产装置，包括舱体，在舱体内设有铸模、环形磁场发生器和定向磁场发生器；
其中，铸模用于金属熔体凝固成型；
所述环形磁场发生器的线圈组A套设在铸模的外部，线圈组A产生沿切向的环形剪切力；
所述定向磁场发生器包括线圈组B和线圈组C，线圈组B和线圈组C相对设置在铸模的两侧；线圈组B和线圈组C共同产生沿径向的定向剪切力；
使用时，启动环形磁场发生器和定向磁场发生器，铸模中的钢液内部有直线和旋转两种磁场发生作用，使钢液中产生径向和切向剪切力，从而使钢液的中心温度和边缘温度一致性高，同时在磁场的作用下，合金元素在钢液中分布更加均匀，使得钢液在剪切力作用下逐渐冷却凝固，最终得到具有微纳米晶粒、组织均匀且成分偏析程度低的H13热作模具钢。
进一步的，所述环形磁场发生器产生的磁场强度范围为0.1-10T。
进一步的，所述定向磁场发生器产生的磁场强度范围为0.1-10T。
进一步的，该生产装置还包括熔炼系统和浇注系统，熔炼系统和浇注系统均位于舱体内；所述熔炼系统与浇注系统连接，浇注系统与铸模连接；熔炼系统，用于熔融待铸造金属；浇注系统，用于将熔炼系统中的金属熔体浇注到铸模中。
进一步的，上述生产装置，在H13热作模具钢生产中的应用，步骤如下：
(1)合金化金属：将金属原料烘干后，用熔炼系统对预先准备的金属材料进行合金化熔炼，得到钢液；
(2)浇铸：控制舱体的内环境，将保温后的钢液浇注到经预热的铸模中；
(3)冷却凝固：启动环形磁场发生器和定向磁场发生器，钢液在径向剪切力和切向剪切力的作用下逐渐冷却，得到具有微纳米晶粒、组织均匀且成分偏析程度低的H13热作模具钢；
本发明中，首次在H13热作模具钢的铸造中采用双向磁场同时作用，使得钢液在凝固过程中在环形磁场和定向磁场的作用下，钢液由中心移向边缘再移向中心形成循环运动，从而使边缘与中心的温度均匀，同时可以使钢液的成分在磁场搅拌的作用下更加均匀，降低铸锭的成分偏析；
另外，在使用本发明的生产装置生产H13热作模具钢时，生产制备方法并不需要投入过多生产成本，其制备方法简便易操作，并且用此方法制备得到的 H13热作模具钢铸态组织其晶粒细小，组织均匀且成分偏析程度低，从而增多了组织中等轴晶粒数量，制备得到的铸件由纳米晶粒、微米晶粒组成，使用性能更好。
进一步的，在步骤(2)中，舱体的内环境为控制舱体的真空度为 0.01-100Pa。
进一步的，在步骤(2)中，舱体的内环境为氩气气氛保护环境。
进一步的，在步骤(3)中，环形磁场发生器的磁场强度范围为5.0T；定向磁场发生器的磁场强度为7.5T。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的生产装置，通过设置环形磁场发生器和定向磁场发生器，使钢液在冷凝过程中由中心移向边缘、然后由边缘移向中心的循环运动，使钢液的中心温度与边缘温度均匀，从而减少柱状晶的形成，形成大量细小且尺寸均匀的等轴晶；使得获得的H13热作模具钢相比于传统的重力铸造方法制备得到的H13热作模具钢具有优越的铸锭组织和综合性能。
2、本发明的生产装置，同时采用环形磁场和定向磁场，可使钢液的成分在磁场搅拌的作用下更加均匀，提高H13热作模具钢铸锭的组织均匀性，降低铸锭的成分偏析，从而省略后续生产中的铸态组织均匀化热处理工艺，节约了生产成本。
3、在使用本发明的生产装置生产H13热作模具钢时，工艺过程简单、易控，便于广泛推广使用，使得该H13热作模具钢具有很大的发展和应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1的结构示意图。
图2为定向磁场发生器作用原理示意图。
图3为环形磁场发生器作用原理示意图。
图中，1-舱体，2-熔炼系统，3-浇注系统，4-铸模，5-线圈组A，601-线圈组B，602-线圈组C，7-氩气进口。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-图3所示，本发明提供了一种用于H13热作模具钢的生产装置，包括舱体1，在舱体1上设有氩气进口7；
在舱体1内设有熔炼系统2、浇注系统3、铸模4、环形磁场发生器和定向磁场发生器；
熔炼系统2，采用电磁感应加热的方式，用于熔融待铸造金属；
浇注系统3，用于将熔炼系统2中的金属熔体浇注到铸模4中；
铸模4，用于金属熔体凝固成型；
熔炼系统2与浇注系统3连接、浇注系统3与铸模4连接；
将熔融后的钢液浇注到铸模4中凝固；
为保证钢液在铸模4中的凝固效果，环形磁场发生器的线圈组A5套设在铸模4的外部，线圈组A5产生沿切向的环形剪切力；
定向磁场发生器包括线圈组B601和线圈组C602，线圈组B601和线圈组 C602相对设置在铸模4的两侧；线圈组B601和线圈组C602共同产生沿径向的定向剪切力；
启动环形磁场发生器和定向磁场发生器后，铸模4中的钢液内部有直线和旋转两种磁场发生作用，使钢液中产生径向和切向剪切力，从而使钢液的中心温度和边缘温度一致性高，同时在磁场的作用下，合金元素在钢液中分布更加均匀，使得钢液在剪切力作用下逐渐冷却凝固，最终得到具有微纳米晶粒、组织均匀且成分偏析程度低的H13热作模具钢。
实施例2
使用实施例1提供的生产装置生产H13热作模具钢，步骤如下：
(1)合金化金属：将金属原料烘干后，用熔炼系统2对预先准备的金属材料进行合金化熔炼，得到钢液；
(2)浇铸：控制舱体1内的真空度为50Pa，将保温后的钢液浇注到经预热的铸模4中；
(3)冷却凝固：启动环形磁场发生器和定向磁场发生器，控制环形磁场发生器的磁场强度范围为5.0T；定向磁场发生器的磁场强度为7.5T；钢液在径向剪切力和切向剪切力的作用下逐渐冷却，得到具有微纳米晶粒、组织均匀且成分偏析程度低的H13热作模具钢；
实施例3
与实施例2的区别在于，将氩气自氩气进口7通入舱体1中，使步骤(2) 中的舱体1的内环境为氩气气氛保护环境；在步骤(3)中，环形磁场发生器的磁场强度范围为0.5T；定向磁场发生器的磁场强度为4.5T。
实施例4
与实施例2的区别在于，步骤(2)中控制舱体1内的真空度为25Pa，在步骤(3)中，环形磁场发生器的磁场强度范围为3.5T；定向磁场发生器的磁场强度为8.0T。
实施例5
与实施例2的区别在于，步骤(2)中控制舱体1内的真空度为80Pa，在步骤(3)中，环形磁场发生器的磁场强度范围为5.5T；定向磁场发生器的磁场强度为2.0T。
实施例6
与实施例2的区别在于，在步骤(3)中，环形磁场发生器的磁场强度范围为9.0T；定向磁场发生器的磁场强度为1.0T。
尽管通过参考优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种用于H13热作模具钢的生产装置，其特征在于，包括舱体，在舱体内设有铸模、环形磁场发生器和定向磁场发生器；
所述环形磁场发生器的线圈组A套设在铸模的外部，线圈组A产生沿切向的环形剪切力；
所述定向磁场发生器包括线圈组B和线圈组C，线圈组B和线圈组C相对设置在铸模的两侧；线圈组B和线圈组C共同产生沿径向的定向剪切力。
2.如权利要求1所述的用于H13热作模具钢的生产装置，其特征在于，所述环形磁场发生器产生的磁场强度范围为0.1-10T。
3.如权利要求1所述的用于H13热作模具钢的生产装置，其特征在于，所述定向磁场发生器产生的磁场强度范围为0.1-10T。
4.如权利要求1-3任一项所述的用于H13热作模具钢的生产装置，其特征在于，该生产装置还包括熔炼系统和浇注系统，熔炼系统和浇注系统均位于舱体内；所述熔炼系统与浇注系统连接，浇注系统与铸模连接。
5.如权利要求4所述的用于H13热作模具钢的生产装置，其特征在于，将生产装置在H13热作模具钢生产中的应用，步骤如下：
(1)合金化金属：将金属原料烘干后，用熔炼系统对预先准备的金属材料进行合金化熔炼，得到钢液；
(2)浇铸：控制舱体的内环境，将保温后的钢液浇注到经预热的铸模中；
(3)冷却凝固：启动环形磁场发生器和定向磁场发生器，钢液在径向剪切力和切向剪切力的作用下逐渐冷却，得到具有微纳米晶粒、组织均匀且成分偏析程度低的H13热作模具钢。
6.如权利要求5所述的用于H13热作模具钢的生产装置，其特征在于，在步骤(2)中，舱体的内环境为控制舱体的真空度为0.01-100Pa。
7.如权利要求5所述的用于H13热作模具钢的生产装置，其特征在于，在步骤(2)中，舱体的内环境为氩气气氛保护环境。
8.如权利要求4所述的用于H13热作模具钢的生产装置，其特征在于，在步骤(3)中，环形磁场发生器的磁场强度范围为5.0T；定向磁场发生器的磁场强度为7.5T。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220412 |
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