CN204975280U - 一种高频磁场与脉冲电流协同细化金属凝固组织的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高频磁场与脉冲电流协同细化金属凝固组织的装置，属于材料科学技术领域；主要包括高频感应加热装置、红外测温装置、脉冲电流发生装置；通过高频感应加热装置熔炼出金属熔体，使用红外测温仪及高频感应加热装置控制调节熔体温度，利用脉冲电流发生装置施加一定参数的脉冲电流，通过高频磁场与高压脉冲相结合的方式使金属组织得到细化。该装置相比于传统的金属组织细化装置，组织细化效果明显增强，并且加热速度快，无污染，热辐射小，劳动条件好。本装置对于增强细化金属凝固组织的处理效果、加快处理速度与有着积极的意义。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高频磁场与脉冲电流协同细化金属凝固组织的装置，属于材料科学技术领域。
背景技术
高频感应加热设备的环形感应线圈中通过一定频率的交流电时，在感应线圈周围将产生与电流频率相同的交变磁场。感应圈内的金属件在交变磁场的作用下，会产生与感应圈内所通电流频率相同而方向相反的感应电流。感应电流在金属件上形成封闭回路，使电能转变成热能，使金属件熔化。
由于电流的磁效应，在金属熔体中会产生高频交变磁场，交变电流和交变磁场使金属熔体受到电磁搅拌的作用，使熔体受到高频的瞬时冲击，这种效应使折断甚至破碎生长中的树枝晶，还可以使熔体快速失去过热，提高形核率。
自1984年印度学者A.K.Misra发现对Pb-Sb-Sn三元合金凝固过程中施加电流，发现凝固后组织得到了细化且分布均匀后，脉冲细化合金组织的研究得到了很大的发展，也得到了广泛的关注。脉冲电流细化金属凝固组织的作用机理主要有以下几个方面：起伏效应、趋肤效应、电迁移效应、Joule效应、Peltier效应等。
传统的脉冲电流处理金属凝固组织方式是通过将试样在管式电阻炉中加热，使试样熔化后再通入脉冲电流。但这种方式加热时间长、试样氧化严重。
本实用新型为了解决上述问题，提供了一种高频磁场与脉冲电流协同细化金属凝固组织的方法及装置。该方法通过高频感应加热装置使金属件快速熔化，使用红外测温仪实时监测金属熔体的温度，脉冲发生装置产生高压脉冲，通过高频磁场与脉冲电流相结合的方式，达到细化金属凝固组织、提高材料性能的目的。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种高频磁场与脉冲电流协同细化金属凝固组织的装置，实现金属件的快速加热，通过高频磁场与高压脉冲电流方法相结合，增强金属熔体的细化效果。该装置包括高频感应加热设备1、冷却循环水箱2、环形感应线圈3、上电极5、耐热陶瓷管6、水玻璃砂7、补偿导线I8、脉冲发生装置9、红外测温仪10、支架11、下电极14、补偿导线II15，红外测温仪10安装在支架11上，上电极5通过耐热陶瓷管6伸入金属熔体4中，上电极5、下电极14分别通过补偿导线I8、补偿导线II15与脉冲发生装置9连接，耐热陶瓷管6底端通过水玻璃砂7密封，高频感应加热设备1伸出的环形感应线圈3缠绕耐热陶瓷管6，冷却循环水箱2中装有冷却水12，冷却水1通入环形感应线圈3中。
本实用新型所述的高频感应加热设备1的环形感应线圈3将耐热陶瓷管6与金属熔体4围绕起来，可以实现加热与温度控制、对金属熔体4施加高频磁场，高频感应加热设备1逆变频率为20-60KHz，最大功率为25KW，通过输出电压旋钮13调节功率，以达到加热、保温或控制冷速的作用。
本实用新型所述的红外测温仪10探测口对准耐热陶瓷管6端口，直接探测金属熔体4的温度。
本实用新型所述脉冲发生装置9通过补偿导线I8、上电极5与补偿导线II15、下电极14连接金属熔体4。
本实用新型所述装置的使用过程：开启高频感应加热设备1，调节输出电压旋钮13，使高频感应加热设备1通过环形感应线圈3进行加热，冷却循环水箱2中的冷却水12通入环形感应线圈3中，防止环形感应线圈3过热，熔炼出金属熔体4，用红外测温仪10测量金属熔体4的温度；达到设定温度后，调节输出电压旋钮13，减小输出功率，使金属熔体4得到保温或达到设定的冷却速度；将上电极5通过耐热陶瓷管6上的开孔伸入至金属熔体4中，开启脉冲发生装置9，对金属熔体4施加一定参数的脉冲电流；脉冲结束后，将输出电压旋钮13调至最小，关闭高频感应加热设备1，以达到细化、均匀化组织与晶粒的效果。
本实用新型的有益效果：
（1）本实用新型所述装置通过高频感应磁场与高压脉冲电流方法相结合，增强金属熔体的细化效果；
（2）本实用新型所述装置可迅速提高金属加热温度，大幅度提高使用效率；
（3）本实用新型所述装置可控制金属熔体的冷却速度，使金属熔体在设定的冷
却速度下通入高压脉冲电流，细化、均匀化组织晶粒，提高材料性能；
（4）本实用新型所述装置结构简单，便于操作与维护，热辐射小，劳动条件好，可适应大规模生产的要求。
附图说明
图1是本实用新型所述装置的结构示意图。
图中：1-高频感应加热设备，2-冷却循环水箱，3-环形感应线圈，4-金属熔体，5-上电极，6-耐热陶瓷管，7-水玻璃砂，8-补偿导线I，9-脉冲发生装置，10-红外测温仪，11-支架，12-冷却水，13-输出电压旋钮，14-下电极，15-补偿导线II。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实例所述的高频磁场与脉冲电流细化金属凝固组织的装置，该装置包括高频感应加热设备1、冷却循环水箱2、环形感应线圈3、上电极5、耐热陶瓷管6、水玻璃砂7、补偿导线I8、脉冲发生装置9、红外测温仪10、支架11、下电极14、补偿导线II15，红外测温仪10安装在支架11上，上电极5通过耐热陶瓷管6伸入金属熔体4中，脉冲发生装置9通过补偿导线I8、补偿导线II15分别连接上电极5、下电极15，耐热陶瓷管6底端通过水玻璃砂7密封，高频感应加热设备1伸出的环形感应线圈3缠绕耐热陶瓷管6，冷却循环水箱2中装有冷却水12，冷却水12可通入环形感应线圈3中。
本实例所述的高频感应加热设备1的环形感应线圈3将耐热陶瓷管6与金属熔体4围绕起来，高频感应加热设备1逆变频率为60KHz，最大功率为25KW，通过输出电压旋钮13调节功率，以达到加热、保温或控制冷速的作用。
本实例所述的红外测温仪10探测口对准耐热陶瓷管6端口，直接探测金属熔体4的温度。
本实例所述脉冲发生装置9通过补偿导线I8、上电极5与补偿导线II15、下电极14连接金属熔体4。
本实例所述脉冲发生装置9输出电压为1000V，频率为15Hz，脉宽为100μs。
本实例以过共晶高铬铸铁（液相线温度1337℃，固相线温度1276℃）为原料，将过共晶高铬铸铁装入耐热陶瓷管6中，底部连入下电极14，通过水玻璃砂7封装底部。开启高频感应加热设备1，将输出电压旋钮13调至400V，循环冷却水箱2中的冷却水12流入环形感应线圈3中冷却环形感应线圈3，记录红外测温仪10所示温度。当红外测温仪10显示1380℃时，将输出电压旋钮13调至280V，减小高频感应加热设备1的输出功率，使金属熔体4得到保温；3min后，将输出电压旋钮13调至240V，使金属熔体4开始缓慢冷却，同时打开脉冲发生装置9，对金属熔体4施加高压脉冲电流；施加脉冲3.5min后，关闭高频感应加热设备1与脉冲发生装置9，金属熔体4迅速冷却凝固，得到处理后的过共晶高铬铸铁。
本实例得到的过共晶高铬铸铁凝固组织与处理前组织对比，处理后的组织致密均匀、晶粒细小。
Claims (2)
1.一种高频磁场与脉冲电流协同细化金属凝固组织的装置，其特征在于：该装置包括高频感应加热设备（1）、冷却循环水箱（2）、环形感应线圈（3）、上电极（5）、耐热陶瓷管（6）、水玻璃砂（7）、补偿导线I（8）、脉冲发生装置（9）、红外测温仪（10）、支架（11）、下电极（14）、补偿导线II（15），红外测温仪（10）安装在支架（11）上，上电极（5）通过耐热陶瓷管（6）伸入金属熔体（4）中，上电极（5）、下电极（14）分别通过补偿导线I（8）、补偿导线II（15）与脉冲发生装置（9）连接，陶瓷管（6）底端通过水玻璃砂（7）密封，高频感应加热设备（1）伸出的环形感应线圈（3）缠绕耐热陶瓷管（6），冷却循环水箱（2）中装有冷却水（12），冷却水（12）通入环形感应线圈（3）中。
2.根据权利要求1所述的种高频磁场与脉冲电流协同细化金属凝固组织的装置，其特征在于：所述红外测温仪（10）探测口对准耐热陶瓷管（6）上方端口，直接探测金属熔体（4）的温度。
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