專(zhuān)利名稱：一種超聲波處理金屬熔體的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金行業(yè)熔融鑄造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲波處理金屬熔體的裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，在金屬的凝固過(guò)程中會(huì)引入超聲波介入方式，從而使金屬熔體中的凝固組織從粗大的柱狀晶變?yōu)榧?xì)小的等軸晶，金屬的宏觀和微觀偏析都能夠得到改善。但是目前超聲波介入金屬熔體的工藝，在超聲波聲場(chǎng)能量分布控制上存在不夠均勻的問(wèn)題，使得冷卻后的金相組織一致性不夠完善，金相組織缺陷也一直是傳統(tǒng)工藝中難以解決的問(wèn)題，這導(dǎo)致后工序加工時(shí)出現(xiàn)整體材料物理特性不一致的問(wèn)題。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種超聲波處理金屬熔體的裝置，旨在解決現(xiàn)有金屬熔體超聲波處理方式聲場(chǎng)能量分布不均勻?qū)е陆鹣嘟M織不一致的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種超聲波處理金屬熔體的裝置，用于對(duì)金屬熔體進(jìn)行晶粒細(xì)化，其中，其包括超聲波能量控制及發(fā)生器、超聲波傳導(dǎo)架、自耗式變幅桿及盛裝有金屬熔體的坩堝，所述超聲波傳導(dǎo)架連接于所述超聲波能量控制及發(fā)生器，所述自耗式變幅桿一端連接于所述超聲波傳導(dǎo)架，所述自耗式變幅桿另一端插入到金屬熔體中，所述自耗式變幅桿的材質(zhì)與金屬熔體相同。所述的超聲波處理金屬熔體的裝置，其中，所述金屬熔體材質(zhì)為碳鋼。所述的超聲波處理金屬熔體的裝置，其中，所述變幅桿設(shè)置有21根。所述的超聲波處理金屬熔體的裝置，其中，所述變幅桿設(shè)置有4飛根。所述的超聲波處理金屬熔體的裝置，其中，所述坩堝為凸底坩堝。所述的超聲波處理金屬熔體的裝置，其中，在所述凸底坩堝的外壁和凸底通過(guò)超聲波對(duì)金屬熔體進(jìn)行晶粒細(xì)化處理。有益效果本發(fā)明通過(guò)將變幅桿設(shè)置為自耗式變幅桿，從而使變幅桿在超聲處理時(shí)自身熔于金屬熔體中，從而提高金相組織的一致性，解決了金相組織一直以來(lái)存在的缺陷，并提高了金屬熔體的細(xì)化效果。


圖I為本發(fā)明超聲波處理金屬熔體的裝置較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種超聲波處理金屬熔體的裝置，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。請(qǐng)參 閱圖1，圖I為本發(fā)明超聲波處理金屬熔體的裝置，用于對(duì)金屬熔體進(jìn)行晶粒細(xì)化，如圖所示，所述裝置包括超聲波能量控制及發(fā)生器100、超聲波傳導(dǎo)架200、自耗式變幅桿300、盛裝有金屬熔體400的坩堝500，所述超聲波傳導(dǎo)架200連接于所述超聲波能量控制及發(fā)生器100，所述自耗式變幅桿300 —端連接于所述超聲波傳導(dǎo)架200，所述自耗式變幅桿300另一端插入到金屬熔體400中，所述自耗式變幅桿300的材質(zhì)與金屬熔體相同。本發(fā)明中對(duì)超聲波處理裝置的變幅桿進(jìn)行了改進(jìn)，變幅桿是配合超聲波能量控制及發(fā)生器改變超聲波振動(dòng)幅度的功能組件。其主要作用是增大振幅、提高振速比、提高效率，提高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，加強(qiáng)耐熱性，擴(kuò)大適應(yīng)溫度范圍，延長(zhǎng)使用壽命。本發(fā)明中，將變幅桿的材質(zhì)設(shè)置為與金屬熔體的材質(zhì)相同，即將變幅桿設(shè)置為自耗式變幅桿，那么變幅桿在進(jìn)行超聲波處理的過(guò)程中，會(huì)熔于金屬熔體中，這樣的處理方式，經(jīng)實(shí)踐證明，能夠顯著提高金屬熔體冷卻后的金相組織的一致性，從而解決了傳統(tǒng)技術(shù)中一直存在的金相組織缺陷的問(wèn)題。這樣的自耗式變幅桿300的介入方式尤其適用于液相線較高的材料，例如碳鋼材料，其液相線在1300°C以上，傳統(tǒng)的超聲波處理方法在對(duì)這種液相線較高的材料進(jìn)行晶粒細(xì)化處理時(shí)，超聲波聲場(chǎng)能量分布難以控制均勻，通過(guò)將變幅桿設(shè)置為碳鋼材料，即自耗式變幅桿，變幅桿在超聲處理時(shí)，會(huì)慢慢熔于金屬熔體中，凝固組織得到明顯的細(xì)化，有利于金屬熔體的晶粒細(xì)化。本發(fā)明的超聲波能量控制及發(fā)生器優(yōu)選采用最大功率為(T3000W (可連續(xù)調(diào)節(jié))、頻率為20kHz，處理金屬熔體時(shí)，超聲波功率優(yōu)選采用(T1000W，不同超聲波功率條件下，細(xì)化程度不同，在小功率條件下，隨著超聲波功率的提高，凝固組織的細(xì)化程度提高，當(dāng)超聲波功率提高到一定程度后，其凝固組織的細(xì)化程度不再明顯增加，超聲波功率為300W，仍為發(fā)達(dá)的樹(shù)枝晶，當(dāng)超聲波功率提高到600W時(shí)，超聲波處理對(duì)其細(xì)化效果不明顯，進(jìn)一步增大超聲波功率到1000W時(shí)，凝固組織得到明顯的細(xì)化，發(fā)達(dá)的樹(shù)枝晶變?yōu)榫鶆蚨?xì)小的枝晶，超聲波功率為1300W時(shí)，晶粒細(xì)化效果比1000W時(shí)略微變差一點(diǎn)，這可能是由于高功率的超聲波在鋼液中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱效應(yīng)，強(qiáng)烈的熱效應(yīng)產(chǎn)生大量的熱量被鋼液吸收導(dǎo)致鋼液過(guò)度增大所致。1000W的超聲波功率配合本發(fā)明的自耗式變幅桿能夠更好的將金屬熔體的晶粒進(jìn)行細(xì)化，還使得在細(xì)化的條件下，能夠提高金相組織的一致性。本發(fā)明還優(yōu)選在金屬熔體中加入稀土元素，例如鈰，稀土元素鈰的化學(xué)性質(zhì)活潑，與氧、硫的親和力較強(qiáng)，高碳鋼液中加入稀土元素，能生成稀土氧化物、稀土硫化物以及稀土氧硫化物，這些物質(zhì)的生成將有利于晶粒的細(xì)化。由于本發(fā)明中的變幅桿為自耗式的，所以需要不斷調(diào)節(jié)其插入狀態(tài)，以保持變幅桿的插入深度一致。另外，本發(fā)明中的變幅桿可設(shè)置為21根，更優(yōu)選的是4飛根，例如4、5或6根，以提高金相組織的一致性。本發(fā)明中，超聲處理溫度在液相線以上，例如在液相線以上2(T50°C范圍內(nèi)，，即高于金屬熔體液相線2(T50°C，其具有較佳的細(xì)化效果。當(dāng)超聲處理溫度過(guò)低時(shí)，隨著金屬凝固的進(jìn)行，金屬熔體的粘度逐漸增加，超聲波處理過(guò)程產(chǎn)生的空化泡的變大和潰滅將變得極為緩慢，空化作用的細(xì)化效果將大為降低甚至消失，金屬熔體流速不斷減小，超聲波聲流的作用也不斷減弱，對(duì)金屬熔體的擾動(dòng)減小，細(xì)化效果減弱，超聲處理溫度過(guò)低，超聲空化效應(yīng)和聲流效應(yīng)出現(xiàn)降低甚至出現(xiàn)消失，對(duì)細(xì)化作用將會(huì)變差。而當(dāng)超聲處理熔體溫度過(guò)高時(shí)，由于熱效應(yīng)，將會(huì)使凝固組織粗化；另外由于空化泡內(nèi)的壓力降增大，從而使空化強(qiáng)度減弱，使細(xì)化作用不明顯，因此，熔體溫度過(guò)高和過(guò)低都會(huì)影響超聲波對(duì)凝固組織的細(xì)化作用，超聲處理溫度在液相線以上2(T50 °C范圍內(nèi)具有較佳的細(xì)化效果。為了獲得良好的金相組織，需要采用合適的超聲處理時(shí)間，超聲處理時(shí)間較短時(shí)，金屬熔體內(nèi)部的晶核形成還不充分，獲得的等軸晶區(qū)域較??；如果超聲處理的時(shí)間太長(zhǎng)，則產(chǎn)生發(fā)熱效應(yīng)，導(dǎo)致金屬熔體溫度上升，使原來(lái)已經(jīng)被細(xì)化，等軸晶區(qū)域減少，所以，本發(fā)明優(yōu)選采用IOOs的超聲處理時(shí)間，以得到晶粒更加細(xì)化和金相組織更一致的凝固組織。超聲處理后的冷卻方式可以是爐冷、空冷和水冷，本發(fā)明中可以選擇水冷方式來(lái)進(jìn)行冷卻。 本發(fā)明中，還可以將坩堝設(shè)置為凸底坩堝。然后在所述凸底坩堝的外壁和凸底通過(guò)超聲波對(duì)金屬熔體進(jìn)行晶粒細(xì)化處理，這樣的處理方式將更進(jìn)一步的改善金相組織的一致性，并細(xì)化晶粒。綜上所述，本發(fā)明通過(guò)將變幅桿設(shè)置為自耗式變幅桿，從而使變幅桿在超聲處理時(shí)自身熔于金屬熔體中，從而提高金相組織的一致性，解決了金相組織一直以來(lái)存在的缺陷，并提高了金屬熔體的細(xì)化效果。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種超聲波處理金屬熔體的裝置，用于對(duì)金屬熔體進(jìn)行晶粒細(xì)化，其特征在于，其包括超聲波能量控制及發(fā)生器、超聲波傳導(dǎo)架、自耗式變幅桿及盛裝有金屬熔體的坩堝，所述超聲波傳導(dǎo)架連接于所述超聲波能量控制及發(fā)生器，所述自耗式變幅桿一端連接于所述超聲波傳導(dǎo)架，所述自耗式變幅桿另一端插入到金屬熔體中，所述自耗式變幅桿的材質(zhì)與金屬熔體相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲波處理金屬熔體的裝置，其特征在于，所述金屬熔體材質(zhì)為碳鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲波處理金屬熔體的裝置，其特征在于，所述變幅桿設(shè)置有2、根。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波處理金屬熔體的裝置，其特征在于，所述變幅桿設(shè)置有4飛根。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲波處理金屬熔體的裝置，其特征在于，所述坩堝為凸底坩堝。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲波處理金屬熔體的裝置，其特征在于，在所述凸底坩堝的外壁和凸底通過(guò)超聲波對(duì)金屬熔體進(jìn)行晶粒細(xì)化處理。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種超聲波處理金屬熔體的裝置，其中，所述裝置包括超聲波能量控制及發(fā)生器、超聲波傳導(dǎo)架、自耗式變幅桿及盛裝有金屬熔體的坩堝，所述超聲波傳導(dǎo)架連接于所述超聲波能量控制及發(fā)生器，所述自耗式變幅桿一端連接于所述超聲波傳導(dǎo)架，所述自耗式變幅桿另一端插入到金屬熔體中，所述自耗式變幅桿的材質(zhì)與金屬熔體相同。本發(fā)明通過(guò)將變幅桿設(shè)置為自耗式變幅桿，從而使變幅桿在超聲處理時(shí)自身熔于金屬熔體中，從而提高金相組織的一致性，解決了金相組織一直以來(lái)存在的缺陷，并提高了金屬熔體的細(xì)化效果。
文檔編號(hào)C22B9/02GK102978412SQ20121051191
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者米佳偉 申請(qǐng)人:先歐通科技(深圳)有限公司