[发明专利]一种金属的晶粒细化方法

说明书

本发明公开了一种金属的晶粒细化方法，该方法包括：同时倾倒第一金属熔体和第二金属熔体；使所述第一金属熔体的倾倒流体与所述第二金属熔体的倾倒流体在倾倒过程中交汇、混合，形成第三金属熔体；本发明利用左右倾转边包使两种不同成分、温度的母合金液以一定速度同时倾倒，在空中汇合、流入中间包中得到混合均匀的目标合金，随后将目标合金浇入铸型凝固成形。此方法的优势在于左右两个浇包的熔体同时浇入中间包后，混合熔体在宏观上成分、温度更加均匀，但在微观上形成更多、更细小的温度、成分不均匀的小熔池，提高了在随后凝固中的形核率，获得组织更为细小的铸件。同时，由于没有机械搅拌的作用，避免了对熔体的污染、氧化和吸气。

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，特别是涉及一种金属的晶粒细化方法。

背景技术

细化的金属凝固组织能够同时提高金属材料的强度和韧性，研究者们一直都致力于研究如何细化金属材料的凝固组织来提高材料的综合性能。常见的晶粒细化方法有：添加晶粒细化剂、电磁搅拌、超声振动、快速凝固等，但因易造成溶体污染或需昂贵的设备或严苛的外部条件使其应用受到或多或少的限制因此，开发新的晶粒细化技术很有必要。

1978年，美国学者Langford.G和Robert.E在铸钢组织细化的研究过程中，首次提出扩散凝固(Diffusion Solidification)的概念。随后Langford.G和Apelian.D在此基础上对扩散凝固进一步的探索和完善，建立了受控扩散凝固(Controlled diffusionsolidification)，简称CDS。CDS是一种新型的、有应用前景的晶粒细化工艺，它不像常规凝固需要依靠热流控制，而是一种由温度扩散和成分扩散共同控制的新工艺。该方法首先依据所得目标合金(Alloy3)的成分，然后经过热力学计算来确定所需的两种母合金(Alloy1、Alloy2)的温度和成分。使混合熔体的温度维持在目标合金液相线附近，然后浇铸凝固，获得细小等轴晶组织的铸件。

在该技术中，首先将母合金Alloy 1和母合金Alloy 2的温度控制到各自预定的浇注温度，然后将母合金熔体Alloy 1浇入放有母合金熔体Alloy 2的坩埚中并迅速搅拌，使目标合金熔体Alloy 3在宏观上温度、成分均匀，最后将所得到的目标合金熔体Alloy 3浇入铸型中凝固得到铸件；在这一混合过程中，目标合金Alloy 3熔体中形成许多“温度起伏”和“成分起伏”的小熔池，即在微观区域温度、成分更不均匀，从而提高了形核率，达到细化晶粒的目的。从上述制备技术来看，这是一种操作简单且有效的晶粒细化方法，但是在两种母合金熔体混合的过程中，将一种合金浇入另一种合金中，在短时间内混合后的熔体无法达到“宏观均匀、微观不均匀”的要求，需要机械搅拌，但机械搅拌，一方面搅拌器会污染熔体，另一方面增加了熔体的氧化和吸气，且搅拌工艺很难掌控，使得晶粒尺寸不够细小，最终影响到铸件的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属的晶粒细化方法，以解决上述现有技术存在的问题，该方法无需机械搅拌的作用，避免了对熔体的污染，并可获得组织更为细小的铸件。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种金属的晶粒细化方法，包括：

同时倾倒第一金属熔体和第二金属熔体；

使所述第一金属熔体的倾倒流体与所述第二金属熔体的倾倒流体在倾倒过程中交汇、混合，形成第三金属熔体。

进一步地，所述第一金属熔体与所述第二金属熔体具有不同的成分和温度。

进一步地，所述第一金属熔体和所述第二金属熔体的吉布斯自由能的加权平均值小于等于第三金属熔体在液相线温度下的吉布斯自由能即：

其中，