液态金属流生核处理方法技术

本发明专利技术提供了一种微量流生核技术，微量流的基本组成与母体金属相同，但其溶质的碳含量不同，其碳成分范围为０．０２％－１．０％重量百分比；加入方法是在浇注金属液过程中将微量流加入，可以通过另一浇注系统将微量流引入到金属液中，也可以将微量流引入连铸结晶器或中间包长水口，还可以用其他使微量流与金属液在浇注过程中混合的方法。其优点在于：在保证金属液洁净度的情况下，使铸坯和铸件铸态组织细化，等轴晶数量增多，宏观成分均匀性提高。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及冶金生产中的镆铸和连铸、铸造生产中的普通浇注和离心浇注，在上述领域中以获得铸态细等轴晶为目的的生核处理。目前以获得铸态细等轴晶为目的的生核处理主要有以下方法(1)以外加物质与金属液中元素的化学反应所产生的物质或外加物质本身作为金属液形核的核心，如大桥澈朗博士、堤直人先生报告及座谈(北京科技大学科研处资料，1997年)谈到在钢铁冶金中向钢液中加入钛，通过钛与钢液中氧反应，生成的TiO作为钢液凝固的核心。(2)向金属液中加入与金属液成分相同的固相颗粒，通过这些颗粒熔化后遗留下来的原子集团作为金属液凝固的核心，如前苏联V.A.Efimov,Suspension CastingTechnological Foundaments.48th.International Foundry Congress,1981提供的悬浮浇注技术。本专利技术的目的在于提供一种促进钢液凝固过程中生核的方法，促进其凝固过程中的生核，从而增加铸坯及铸件细等轴晶数量、细化组织、减小宏观偏析。本专利技术的构成是采用的生核剂为液态金属流，下称微量流，该液态金属流的组成与母体金属基本相同，但微量流的碳(C)含量不同，其碳成分范围为0.02％-1.0％重量百分比。微量流中可以包含Ti、Nb、V、N等促进钢液形核的微量元素。(1)微量流的成分选择本专利技术通过热力学计算，选择含碳成分为0.02％-1.0％的钢液微量流，微量流的碳含量根据母液碳含量而定。这些微量流的加入能够造成有利于降低生核所要求能量的成分起伏，从而促进金属液生核。当向金属液中加入与金属液成分不同的微量流时，在金属液中造成特定的“成分起伏”。这些起伏能否促进金属液生核，取决于这些起伏的引入是否会降低体系生核所需要的能量。如附图说明图1所示，对于AB二元合金，当液相中存在着成分为X1的起伏时，可以认为该起伏微区暂时地偏离了平衡，此时其自由能可由相应于X1成分的液相自由能曲线求得，为G点。作G点的切线，与固相自由能曲线相交于两点，由热力学原理可知，凡成分位于此两点之间的固相皆可在该成分微区内形成。这些不同成分的固相能否稳定存在，取决于它们是否与金属液的稳定体系相平衡。与成分为XL液相平衡的固相成分为XS，因此微区内只有XS成分的固相可以在宏观平衡体系中稳定存在，并成为晶胚。如图1，假定体系存在成分为X1、X2、X3、X4的起伏，它们在液相自由能曲线上相应位置的切线分别为切线1、切线2、切线3、切线4。可以发现，能形成成分为XS固相的起伏成分只有X1和X3，其生核驱动力为ΔGQA和ΔGHA。成分为X2和X4的起伏都使生核自由能大于零。由此可知，起伏方向正确，该成分起伏才有利于生核。过A点作自由能的切线，切点为M,M点和B点处的生核驱动力为零。由以上分析可知，只有位于(XM-XL)范围内的成分起伏能稳定存在，并成为新相形成的核心。(2)加入工艺微量流加入工艺是在浇注金属液过程中将微量流加入，并使其与母体金属液混合。其采用的具体方法包括通过另一浇注系统将微量流引入到金属液中，或将微量流引入连铸结晶器或中间包长水口，以及其他使微量流与金属液在浇注过程中混合的方法。微量流可以流股形式或液滴形式加入。本专利技术的优点在于(1)与化合物生核技术相比，不加入其他组元合金，不污染金属液，适于高洁净度要求的金属。(2)与悬浮浇注法相比，避免了所加入固相颗粒表面氧化和吸附对金属造成的污染，同时去掉了固相颗粒制作流程。(3)基本保证金属液洁净度的情况下，使铸坯和铸件铸态组织细化，等轴晶数量增多，宏观成分均匀性提高。下面结合附图对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的成分起伏方向性和程度的示意图，横坐标为摩尔分数，纵坐标为摩尔自由能，1、2、3、4、5分别为切线。图2为含碳量为0.2％低碳钢的温度与自由能关系曲线，T=1795K，横坐标为重量百分比C％×10-2，纵坐标为自由能。图3为两种铸坯的宏观组织，比例1∶1，充型温度1520℃，其中(a)为普通，(b)为微量流。图4为根据网格计点法所测出的铸坯等轴晶区数量。横坐标为浇注条件，纵坐标为等轴晶面积百分比。其中(6)为普通，(7)为注入微量流。实施例(1)实施方法为了保证钢液成分、充型温度和冷却条件完全一致，增加实验的可比性，采用“同时浇注，分流充型”的实验方法。粘土干砂型，铸坯尺寸为Φ50×150(mm)。金属液经浇口杯分成两个液流注入两个铸坯型腔，微量流从其中一个铸型顶部浇入。实测充型温度1520℃。两个铸坯分别为普通铸坯和微量流生核铸坯。采用Q235钢，化学成分见表1，真空感应电炉熔炼。表1实验钢种的化学成分 (2)微量流成分的选择根据前述热力学原理，利用热力学数据库可得0.20％C低碳钢自由能与成分关系曲线(见图2,bcc代表固相自由能曲线，liq代表液相自由能曲线)。由此可得本研究钢种微量流生核处理的微量流成分为0.035％C。(3)实施结果图3为两种铸坯的宏观组织。图4为根据网格计点法所测出的铸坯等轴晶区数量。实施结果表明，微量流生核处理可以有效地增加铸坯中等轴晶数量，从而证明微量流的加入促进了钢液的生核。权利要求1.一种生核处理技术，其特征在于采用的生核剂为液态金属流，下称微量流，该液态金属流的组成与母体金属基本相同，但其溶质的碳含量不同，其碳成分范围为0.02％-1.0％重量百分比，根据母液碳含量而定；微量流中也可含有Ti、V、Nb、N等促进生核的微量元素。加入方法是在浇注金属液过程中将微量流加入，可以通过另一浇注系统将微量流引入到金属液中，也可以将微量流引入连铸结晶器或中间包长水口，还可以用其他使微量流与金属液在浇注过程中混合的方法。全文摘要本专利技术提供了一种微量流生核技术,微量流的基本组成与母体金属相同,但其溶质的碳含量不同,其碳成分范围为0.02%－1.0%重量百分比;加入方法是在浇注金属液过程中将微量流加入,可以通过另一浇注系统将微量流引入到金属液中,也可以将微量流引入连铸结晶器或中间包长水口,还可以用其他使微量流与金属液在浇注过程中混合的方法。其优点在于:在保证金属液洁净度的情况下,使铸坯和铸件铸态组织细化,等轴晶数量增多,宏观成分均匀性提高。文档编号B22D11/108GK1318441SQ00105658公开日2001年10月24日 申请日期2000年4月14日 优先权日2000年4月14日专利技术者翟启杰, 赵沛 申请人:北京科技大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生核处理技术，其特征在于：采用的生核剂为液态金属流，下称微量流，该液态金属流的组成与母体金属基本相同，但其溶质的碳含量不同，其碳成分范围为０．０２％－１．０％重量百分比，根据母液碳含量而定；微量流中也可含有Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｎ等促进生核的微量元素。加入方法是在浇注金属液过程中将微量流加入，可以通过另一浇注系统将微量流引入到金属液中，也可以将微量流引入连铸结晶器或中间包长水口，还可以用其他使微量流与金属液在浇注过程中混合的方法。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：翟启杰，赵沛，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]