專利名稱：一種控制溫度梯度決定定向凝固一次枝晶間距的方法
技術領域：
本發明屬于定向凝固技術領域，特指一種控制溫度梯度決定定向凝固一次枝晶間 距的方法。
背景技術：
在金屬凝固過程中，金屬以樹枝晶的形式生長是一種主要方式。而樹枝晶的大小 與形態對金屬的性能有很大的影響。枝晶間距就是其中一個最重要的參數，間距的大小與 組織中顯微偏析、夾雜的形成、微裂紋與縮松的產生等都有密切的關系。尤其是一次枝晶間 距是影響合金組織中溶質、中間相、共晶相或雜質分布的重要凝固組織參數，研究其形成機 制以及和凝固條件的依賴關系，有利于對合金凝固組織實施準確預測和控制，因此對提高 合金性能具有十分重要的意義。晶體在定向凝固生長時，柱狀晶生長方向與熱流方向平行，兩者的方向相反，晶體 以一定的速度向液體內生長。枝晶尖端溫度與金屬或合金液相線溫度相等，其晶界與枝晶 的主軸平行，枝晶的主軸不斷產生分枝，最后形成一個完整晶粒。對于平行排列的枝晶，他 們的間隔被定義為一次枝晶間距。在定向凝固理論中，晶體生長速率是定向凝固技術中的 重要工藝參數，是影響金屬凝固、枝晶生長的一個重要因素。決定了晶體的顯微組織(即枝 晶間距)，枝晶間距小則晶粒細小，合金性能提高，因此可以滿足工程等領域的需要。目前國 內外對于定向凝固組織的影響因素的研究一般集中在定性分析，關于定向凝固組織與可控 凝固參數關系的定量研究在合金凝固過程中目前尚未有全面的研究。本發明針對這一問題，開發了一種控制溫度梯度決定定向凝固一次枝晶間距的方 法。

發明內容
本發明的目的提供一種控制溫度梯度決定定向凝固一次枝晶間距的方法。本發明具體技術方案為，對定向凝固A1-4. 5% Cu合金一次枝晶間距進行控制，以 滿足工程等領域的需求。其特征在于定向凝固Al-4.5% Cu合金在5kg坩堝下拉式真空 定向凝固爐中進行，其溫度由裝在加熱元件的三組熱電偶控制，工作時溫度控制在士5K。在 工作中熱電偶的放置與坩堝熱流方向相平行，在加熱和冷卻過程中，用熱電偶測得溫度分 布。為了保證爐溫，保持冷卻水(恒定溫度)在恒定水壓，同時固定冷卻水和發熱臺之間的 距離，以保證工作時溫度梯度恒定。在保持抽拉速率不變的條件下，在相同的過熱溫度和過 熱時間條件下，分別改變上下加熱體的溫度，達到改變合金凝固時界面前沿的溫度梯度的 要求。本發明是在保證晶體的生長速率的前提下，考慮溫度梯度的影響，通過表1的相關參 數數據，得出溫度梯度與一次枝晶間距的內在關系。表1是本發明的相關參數數據。表1相關參數數據
權利要求
一種控制溫度梯度決定定向凝固一次枝晶間距的方法，其特征在于定向凝固Al 4.5％Cu合金在5kg坩堝下拉式真空定向凝固爐中進行，其溫度由裝在加熱元件的三組熱電偶控制，工作時溫度控制在±5K；在工作中熱電偶的放置與坩堝熱流方向相平行，在加熱和冷卻過程中，用熱電偶測得溫度分布；為了保證爐溫，保持冷卻水(恒定溫度)在恒定水壓，同時固定冷卻水和發熱臺之間的距離，以保證工作時溫度梯度恒定。在保持抽拉速率不變的條件下，在相同的過熱溫度和過熱時間條件下，分別改變上下加熱體的溫度，達到改變合金凝固時界面前沿的溫度梯度的要求；本發明是在保證晶體的生長速率的前提下，考慮溫度梯度的影響，通過表1的相關參數數據，得出溫度梯度與一次枝晶間距的內在關系；表1是本發明的相關參數數據。表1相關參數數據
2.根據權利要求1所述一種控制溫度梯度決定定向凝固一次枝晶間距的方法，定向凝 固A1-4. 5% Cu合金，溫度梯度5. 4k/mm時，測得一次枝晶間距254. 7um ；溫度梯度7. 8k/mm 時，測得一次枝晶間距197. 3um ；溫度梯度9. 6k/mm時，測得一次枝晶間距152. 9um ；溫度梯 度達到最大值11. 7k/mm時，測得一次枝晶間距126. 4um。
3.根據權利要求2所述一種控制溫度梯度決定定向凝固一次枝晶間距的方法，定向凝 固A1-4. 5% Cu合金，溫度梯度可優選為11. 7k/mm。
全文摘要
一種控制溫度梯度決定定向凝固一次枝晶間距的方法，屬于定向凝固技術領域，其特征在于定向凝固Al-4.5％Cu合金在5kg坩堝下拉式真空定向凝固爐中進行，其溫度由裝在加熱元件的三組熱電偶控制，工作時溫度控制在±5K。在保持抽拉速率不變的條件下，在相同的過熱溫度和過熱時間條件下，分別改變上下加熱體的溫度，達到改變合金凝固時界面前沿的溫度梯度的要求。本發明是在保證晶體的生長速率的前提下，考慮溫度梯度的影響，通過相關參數數據，得出溫度梯度與一次枝晶間距的內在關系。
文檔編號C30B11/00GK101994150SQ20101050896
公開日2011年3月30日 申請日期2010年10月15日 優先權日2010年10月15日
發明者司乃潮, 司松海, 揚嵩, 鄭利波 申請人:鎮江憶諾唯記憶合金有限公司