專利名稱：等離子絲材連鑄工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬金屬鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種等離子絲材連鑄工藝。
背景技術(shù)：
在目前的鈦合金、鋯合金、鎳合金、高溫合金的生產(chǎn)中，還沒有連鑄成型設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行，傳統(tǒng)工藝是熔煉、鍛造、熱擠壓或者熱軋、冷拔或冷軋，每個(gè)工序之間還會(huì)有不同的熱處理環(huán)節(jié)；生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)多帶來巨大的金屬損耗，例如板材的損耗在20%左右，管材在30%左右，絲材在40%到50%之間，巨大的金屬損耗會(huì)帶來產(chǎn)品的價(jià)格居高不下，限制了鈦合金、鎳合金、錯(cuò)合金等的應(yīng)用。鈦合金、錯(cuò)合金、鎳合金和高溫合金的連鑄，比起銅材和招材的連鑄要復(fù)雜的多。首先是熔煉溫度高，例如鈦合金在1600度到1700度之間，鎳合金在1200度到1400度之間；其次，要求純凈度較高包括較低的氣體元素與高密度夾雜；最后，由于這些金屬比較活潑，需要找到一種在高溫條件下不與其反應(yīng)的耐高溫材料，所以，適用于銅材與鋁材的連鑄系統(tǒng)并不能應(yīng)用在鈦合金、鋯合金、鎳合金和高溫合金材料的連鑄上。目前所有鈦合金、鋯合金、鎳合金和高溫合金的加工，都是從大到小加工:熔煉盡可能大的錠子，然后一步一步向小尺寸加工，這種方式從20世紀(jì)80年代至今沒有改變。目前隨著近凈制造和3D打印技術(shù)的日趨成熟，從小到大的制造方法的技術(shù)儲(chǔ)備已日趨完善，極待爆發(fā)。3D打印技術(shù)需要大量的絲材原料，傳統(tǒng)工藝加工的絲材由于金屬損失巨大而成本過高，進(jìn)而影響了稀貴金屬的3D打印的推廣和市場化，需要找到一種方法大大降低3D原料成本，因此有必要改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題:提供一種加工成本低、熔煉質(zhì)量高的可連續(xù)鑄出絲材或棒材的等離子絲材連鑄工藝。本發(fā)明采用的技術(shù)方案:等離子絲材連鑄工藝，包括下述步驟:I)將備好的金屬物料通過螺旋加料器連續(xù)送入坩鍋中；金屬物料可以為鈦合金、鎳合金或鋯合金等；2)啟動(dòng)主加熱槍對坩鍋中的金屬物料進(jìn)行連續(xù)加熱至金屬物料變?yōu)橐簯B(tài)，加熱溫度為金屬物料熔點(diǎn)以上50-150°C ；3)液態(tài)金屬從坩鍋連續(xù)流入緩沖池中；4)進(jìn)入緩沖池中的液態(tài)金屬連續(xù)進(jìn)入結(jié)晶器中，所述結(jié)晶器為二段式結(jié)構(gòu)，結(jié)晶器上半部由耐高溫低導(dǎo)熱材料制成，其下半部為水冷銅結(jié)構(gòu)，結(jié)晶器上半部和下半部內(nèi)徑一致；液壓金屬進(jìn)入結(jié)晶器上半部入口時(shí)溫度需保證在金屬熔點(diǎn)以上，液壓金屬從結(jié)晶器下半部出口出來時(shí)溫度需要在30°C左右；5)從結(jié)晶器下半部出口出來的絲材用收集器按序纏繞在圓鼓上。上述步驟3)中，液態(tài)金屬從坩鍋連續(xù)流到冷床上并啟動(dòng)副加熱槍對流過冷床的液態(tài)金屬繼續(xù)加熱，彌補(bǔ)液態(tài)金屬流過冷床時(shí)熱量損失，然后再連續(xù)流入緩沖池中。
上述步驟2)中，所述主加熱槍為離子束加熱槍、電子束加熱槍或激光束加熱槍。上述步驟2)中，所述坩鍋為水冷坩鍋、氧化鎂坩鍋、氧化鋯坩鍋或者其他耐熱材料坩鍋。所述副加熱槍為離子束加熱槍、電子束加熱槍或激光束加熱槍。進(jìn)一步地，所述結(jié)晶器上半部和下半部的長度盡可能取長一些，一般為成型絲材直徑的10-20倍。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比將鈦合金、鋯合金、鎳合金和高溫合金一步完成熔化、脫氣、精煉、絲材成型、冷卻的步驟，大大降低了金屬加工損耗，省去了傳統(tǒng)加工方式中的鍛造、熱軋、扒皮、熱拉、冷拔等工藝環(huán)節(jié)，大大降低了加工成本；相比目前大量使用的真空自耗爐、感應(yīng)爐和凝殼爐，等離子爐具有加熱溫度高，金屬過熱大的特點(diǎn)，熔煉質(zhì)量更好，加入冷床環(huán)節(jié)后，可大大降低氣體元素和高密度夾雜。


圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明第三實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明第四實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖1描述本發(fā)明的第一種實(shí)施例。等離子絲材連鑄工藝，包括下述步驟:I)將備好的金屬物料通過螺旋加料器I連續(xù)送入坩鍋2中；所述坩鍋2為水冷坩鍋、氧化鎂坩鍋、氧化鋯坩鍋或者其他耐熱材料坩鍋；2)啟動(dòng)主加熱槍3對坩鍋2中的金屬物料進(jìn)行連續(xù)加熱至金屬物料變?yōu)橐簯B(tài)，加熱溫度為金屬物料熔點(diǎn)以上100°c ;所述主加熱槍3為離子束加熱槍、電子束加熱槍或激光束加熱槍；3)液態(tài)金屬從坩鍋2連續(xù)流入緩沖池6中；4)進(jìn)入緩沖池6中的液態(tài)金屬連續(xù)進(jìn)入結(jié)晶器7中，所述結(jié)晶器7為二段式結(jié)構(gòu)，結(jié)晶器7上半部由耐高溫低導(dǎo)熱材料制成，其下半部為水冷銅結(jié)構(gòu)，結(jié)晶器7上半部和下半部內(nèi)徑一致；液壓金屬進(jìn)入結(jié)晶器7上半部入口時(shí)溫度需保證在金屬熔點(diǎn)以上，液壓金屬從結(jié)晶器7下半部出口出來時(shí)溫度需要在30°C左右；所述結(jié)晶器7上半部和下半部的長度盡可能取長一些，一般為成型絲材直徑的10-20倍。5)從結(jié)晶器7下半部出口出來的絲材用收集器8按序纏繞在圓鼓9上。下面結(jié)合附圖2描述本發(fā)明的第二種實(shí)施例。與實(shí)施例一的不同之處在于:流到緩沖器6中的液態(tài)金屬通過真空虹吸的方法成型，結(jié)晶器7下部分為耐熱材料結(jié)構(gòu)，上部分為水冷銅結(jié)構(gòu)，上下部分內(nèi)徑一致。上部長度和下部長度需要通過熱傳導(dǎo)計(jì)算得出，需滿足上部入口溫度需要在熔點(diǎn)以上，下部出口溫度需要在30度左右。如果不通過計(jì)算，那么需要將上部和下部長度盡可能取長一些，一般為成型絲材直徑的10倍到20倍長度。結(jié)晶器7下端伸入緩沖池6金屬液面以下，上部分連接一個(gè)真空箱。如果采用虹吸方式，需要利用主熔煉室和收集室10的壓力差來工作，主熔煉室一般工作在正壓。下面結(jié)合附圖3描述本發(fā)明的第三種實(shí)施例。等離子絲材連鑄工藝，包括下述步驟:I)將備好的金屬物料通過螺旋加料器I連續(xù)送入坩鍋2中；所述坩鍋2為水冷坩鍋、氧化鎂坩鍋、氧化鋯坩鍋或者其他耐熱材料坩鍋；2)啟動(dòng)主加熱槍3對坩鍋2中的金屬物料進(jìn)行連續(xù)加熱至金屬物料變?yōu)橐簯B(tài)，加熱溫度為金屬物料熔點(diǎn)以上150°C ;所述主加熱槍3為離子束加熱槍、電子束加熱槍或激光束加熱槍；3)液態(tài)金屬從坩鍋2連續(xù)流到冷床5上并啟動(dòng)副加熱槍4對流過冷床5的液態(tài)金屬繼續(xù)加熱，彌補(bǔ)液態(tài)金屬流過冷床5時(shí)熱量損失，然后再連續(xù)流入緩沖池6中；液態(tài)金屬流入冷床5中，副等離子槍4在冷床5上加熱彌補(bǔ)液態(tài)金屬流過冷床5時(shí)的熱量損失。冷床5的作用是使液態(tài)金屬在高溫下停留一段時(shí)間，有利于液態(tài)金屬中的氣體元素?fù)]發(fā)和高密度雜質(zhì)沉降；4)進(jìn)入緩沖池6中的液態(tài)金屬連續(xù)進(jìn)入結(jié)晶器7中，所述結(jié)晶器7為二段式結(jié)構(gòu)，結(jié)晶器7上半部由耐高溫低導(dǎo)熱材料制成，其下半部為水冷銅結(jié)構(gòu)，結(jié)晶器7上半部和下半部內(nèi)徑一致；液壓金屬進(jìn)入結(jié)晶器7上半部入口時(shí)溫度需保證在金屬熔點(diǎn)以上，液壓金屬從結(jié)晶器7下半部出口出來時(shí)溫度需要在30°C左右；所述結(jié)晶器7上半部和下半部的長度盡可能取長一些，一般為成型絲材直徑的10-20倍。5)從結(jié)晶器7下半部出口出來的絲材用收集器8按序纏繞在圓鼓9上。下面結(jié)合附圖4描述本發(fā)明的第四種實(shí)施例。與實(shí)施例三的不同之處在于:啟動(dòng)主加熱槍3對坩鍋2中的金屬物料進(jìn)行連續(xù)加熱至金屬物料變?yōu)橐簯B(tài)，加熱溫度為金屬物料熔點(diǎn)以上50°C ;流到緩沖器6中的液態(tài)金屬通過真空虹吸的方法成型，結(jié)晶器7下部分為耐熱材料結(jié)構(gòu)，上部分為水冷銅結(jié)構(gòu)，上下部分內(nèi)徑一致。上部長度和下部長度需要通過熱傳導(dǎo)計(jì)算得出，需滿足上部入口溫度需要在熔點(diǎn)以上，下部出口溫度需要在30度左右。如果不通過計(jì)算，那么需要將上部和下部長度盡可能取長一些，一般為成型絲材直徑的10倍到20倍長度。結(jié)晶器7下端伸入緩沖池6金屬液面以下，上部分連接一個(gè)真空箱。如果采用虹吸方式，需要利用主熔煉室和收集室10的壓力差來工作，主熔煉室一般工作在正壓。上述方案，也不僅僅限于絲材，也可以鑄出相應(yīng)的棒材或者其他型的連續(xù)材料，只要改變結(jié)晶器7內(nèi)徑的形狀即可。對于目前流行的3D打印機(jī)，需要連續(xù)的材料才能打印出理想的物品，本工藝鑄就的材料就可以和3D打印機(jī)結(jié)合使用，使用方式可以是使用冷卻后的絲材作為打印材料，或者在合適的耐熱材料和保溫環(huán)境下使用高溫金屬液體噴出冷卻成型。本發(fā)明是理想的鈦合金、鋯合金、鎳合金和高溫合金低成本3D打印系統(tǒng)的前端和供料設(shè)備。上述實(shí)施例，只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限制本發(fā)明實(shí)施范圍，故凡以本發(fā)明權(quán)利要求所述內(nèi)容所做的等效變化，均應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.等離子絲材連鑄工藝，其特征在于包括下述步驟: 1)將備好的金屬物料通過螺旋加料器(I)連續(xù)送入坩鍋(2)中； 2)啟動(dòng)主加熱槍(3)對坩鍋(2)中的金屬物料進(jìn)行連續(xù)加熱至金屬物料變?yōu)橐簯B(tài)，力口熱溫度為金屬物料熔點(diǎn)以上50-150°C ； 3)液態(tài)金屬從坩鍋(2)連續(xù)流入緩沖池(6)中； 4)進(jìn)入緩沖池(6)中的液態(tài)金屬連續(xù)進(jìn)入結(jié)晶器(7)中，所述結(jié)晶器(7)為二段式結(jié)構(gòu)，結(jié)晶器(7)上半部由耐高溫低導(dǎo)熱材料制成，其下半部為水冷銅結(jié)構(gòu)，結(jié)晶器(7)上半部和下半部內(nèi)徑一致；液壓金屬進(jìn)入結(jié)晶器(7)上半部入口時(shí)溫度需保證在金屬熔點(diǎn)以上，液壓金屬從結(jié)晶器(7)下半部出口出來時(shí)溫度需要在30°C左右； 5)從結(jié)晶器(7)下半部出口出來的絲材用收集器(8)按序纏繞在圓鼓(9)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子絲材連鑄工藝，其特征在于:上述步驟3)中，液態(tài)金屬從坩鍋(2)連續(xù)流到冷床(5)上并啟動(dòng)副加熱槍(4)對流過冷床(5)的液態(tài)金屬繼續(xù)加熱，彌補(bǔ)液態(tài)金屬流過冷床(5)時(shí)熱量損失，然后再連續(xù)流入緩沖池(6)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子絲材連鑄工藝，其特征在于:上述步驟2)中，所述主加熱槍(3)為離子束加熱槍、電子束加熱槍或激光束加熱槍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子絲材連鑄工藝，其特征在于:上述步驟2)中，所述坩鍋(2)為水冷坩鍋、氧化鎂坩鍋、氧化鋯坩鍋或者其他耐熱材料坩鍋。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子絲材連鑄工藝，其特征在于:所述副加熱槍(4)為離子束加熱槍、電子束加熱槍或激光束加熱槍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子絲材連鑄工藝，其特征在于:所述結(jié)晶器(7)上半部和下半部的長度盡可能取長一些，一般為成型絲材直徑的10-20倍。
全文摘要
提供一種等離子絲材連鑄工藝1)將備好的金屬物料通過螺旋加料器連續(xù)送入坩鍋中；金屬物料可以為鈦合金、鎳合金或鋯合金等；2)啟動(dòng)主加熱槍對坩鍋中的金屬物料進(jìn)行連續(xù)加熱至金屬物料變?yōu)橐簯B(tài)，加熱溫度為金屬物料熔點(diǎn)以上50-150℃；3)液態(tài)金屬從坩鍋連續(xù)流入緩沖池中；4)進(jìn)入緩沖池中的液態(tài)金屬連續(xù)進(jìn)入結(jié)晶器中，所述結(jié)晶器為二段式結(jié)構(gòu)，結(jié)晶器上半部由耐高溫低導(dǎo)熱材料制成，其下半部為水冷銅結(jié)構(gòu)，結(jié)晶器上半部和下半部內(nèi)徑一致；液壓金屬進(jìn)入結(jié)晶器上半部入口時(shí)溫度需保證在金屬熔點(diǎn)以上，液壓金屬從結(jié)晶器下半部出口出來時(shí)溫度需要在30℃左右；5)從結(jié)晶器下半部出口出來的絲材用收集器按序纏繞在圓鼓上即為成品。
文檔編號(hào)B22D11/00GK103143689SQ20131008885
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者戚民杰 申請人:寶雞高新開發(fā)區(qū)寶冶環(huán)保工程研究所