一種用于高溫合金定向凝固成形的澆鑄系統(tǒng)及澆注方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高溫合金定向凝固，特指一種用于高溫合金定向凝固成形的澆鑄系統(tǒng)及澆注方法。澆鑄結(jié)構(gòu)安裝在保溫加熱器上部及內(nèi)部，由澆注口擋板、澆注漏斗、漏斗與模殼澆口間的剛玉連接筒組成；安裝時(shí)在澆注漏斗上方設(shè)有能夠上下移動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)的澆注口擋板，同時(shí)在澆注口擋板的下表面粘一層0.5~2cm的耐高溫材料；澆注漏斗的敞口端低于或者相平于保溫加熱器的上蓋，并在澆注漏斗外表面與保溫加熱器的上蓋接觸面處墊上耐高溫的墊片；澆注漏斗與模殼澆注口間套上一個(gè)尺寸合理的剛玉連接筒；該澆鑄系統(tǒng)可以使金屬液平穩(wěn)地進(jìn)入鑄型，避免紊流和對(duì)鑄型的沖涮，阻止熔渣和其他夾雜物進(jìn)入型腔等；此發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使投資和生產(chǎn)成本大為降低。
【專利說明】一種用于高溫合金定向凝固成形的澆鑄系統(tǒng)及澆注方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫合金定向凝固，特指一種用于高溫合金定向凝固成形的澆鑄系統(tǒng)及澆注方法。
【背景技術(shù)】
[0002]定向凝固技術(shù)不僅是研究凝固理論的重要手段，也是開發(fā)新型材料的重要工業(yè)方法；定向凝固技術(shù)首先用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片上，使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能獲得了大幅度的提高；利用定向凝固技術(shù)，可獲得柱狀晶或單晶組織，提高材料的縱向力學(xué)性能。將材料在高溫下熔化，然后注入型腔內(nèi)是定向凝固工藝中必不可少的步驟。對(duì)現(xiàn)已公布的專利檢索發(fā)現(xiàn)，針對(duì)定向凝固技術(shù)中高溫合金的澆鑄尚未發(fā)明更好的澆鑄系統(tǒng)，在傳統(tǒng)的選晶法制備單晶的澆鑄過程中，合金液在澆入模殼之后，熔體沿著與熱流相反的方向凝固，最終得到具有特定取向單晶，但是，在澆鑄的過程中，必須控制金屬液充填鑄型的速度及充滿鑄型所需的時(shí)間，使金屬液平穩(wěn)地進(jìn)入鑄型，避免紊流和對(duì)鑄型的沖涮，阻止熔渣和其他夾雜物進(jìn)入型腔，尤其是渦輪葉片一類關(guān)鍵零件，對(duì)于非金屬之類的缺陷十分敏感，因此.在定向凝固鑄造中，必須采取各種措施防止夾雜物混入澆鑄系統(tǒng)中；另外，傳統(tǒng)的澆鑄系統(tǒng)將澆注漏斗置于保溫爐的外部，未對(duì)其充分的預(yù)熱，高溫合金熔液澆至漏斗上時(shí)，由于存在的巨大溫差，容易使?jié)沧⒙┒氛?，另一方面，從凝固組織考慮，在澆注時(shí)，當(dāng)高溫合金熔液接觸未保溫的漏斗時(shí)，勢(shì)必會(huì)急劇降溫而形核，從而提高形核速率，但為了獲得定向凝固組織或單晶，需要抑制晶核的形成，這樣為后面的定向凝固造成了不利因素，對(duì)于澆鑄工藝的改進(jìn)，雖然經(jīng)歷了大量研究，至今未能在生產(chǎn)上使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種定向凝固設(shè)備中新的澆鑄系統(tǒng)，克服合金液在澆入模殼中存在的缺陷，抽拉模殼時(shí)并能明顯提高溫度梯度，提高鑄件的合格率。
[0004]一種用于高溫合金定向凝固成形的澆鑄系統(tǒng)，包括保溫加熱器、澆注口擋板、澆注漏斗、漏斗與模殼澆口間的剛玉連接筒、模殼和激冷板，其特征在于:澆注漏斗上方設(shè)有澆注口擋板，同時(shí)在澆注口擋板的下表面粘一層耐高溫材料；并使?jié)沧⒙┒返某诙说陀诨蛘呦嗥接诒丶訜崞鞯纳仙w，并在澆注漏斗外表面與保溫加熱器的上蓋接觸面處墊上耐高溫并且性能良好的墊片；澆注漏斗與模殼澆注口間套上一個(gè)尺寸合理的剛玉連接筒。
[0005]所述的澆注口擋板能夠上下移動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)。
[0006]所述的澆注口擋板下表面粘一層耐高溫材料；所述耐高溫材料為碳?xì)只蛘呤逇?，厚度?.5?2cm。
[0007]所述澆注漏斗外表面與保溫加熱器上蓋接觸面處設(shè)有墊片，墊片材料為耐高溫材料，例如石棉繩。
[0008]所述澆注漏斗的下端伸入到剛玉連接筒內(nèi)，剛玉連接筒放置在模殼的澆口上。
[0009]使用上述澆鑄系統(tǒng)的方法為:在保溫加熱器加熱之前要將澆注口擋板旋至澆注口上方并降下，然后打開晶閘管調(diào)壓器和保溫器總電源，按照事先設(shè)定好的參數(shù)進(jìn)行加熱保溫，當(dāng)合金在坩堝被熔化后，開始進(jìn)行澆鑄，在澆鑄前升起澆注口擋板并旋離澆注口，進(jìn)行澆鑄，使合金熔液沿澆注漏斗經(jīng)剛玉連接筒澆鑄至模殼中。然后在澆鑄結(jié)束后，將澆注口擋板復(fù)原；保溫l(T60min，按選擇1^5.5mm/min的速度將模殼拉出保溫爐；即完成實(shí)驗(yàn)。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:本發(fā)明設(shè)計(jì)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果如下:本發(fā)明是建立在快速凝固法基礎(chǔ)之上，結(jié)合快速凝固法和探討定向凝固原理和特點(diǎn)，創(chuàng)造發(fā)明了這樣一種澆鑄的結(jié)構(gòu)模式，它克服傳統(tǒng)凝固方式中澆鑄模式的一些不利因素。
[0011]使?jié)沧⒙┒返某诙说陀诨蛘呦嗥接诒丶訜崞鞯纳仙w，一方面可以使漏斗與模殼一塊兒在保溫爐中被加熱并保溫，有效防止了高溫合金熔液澆至漏斗上時(shí)，由于存在的巨大溫差，使?jié)沧⒙┒氛训奈ｋU(xiǎn)；另一方面，從凝固組織考慮，在澆注剛開始后，當(dāng)高溫合金熔液接觸未保溫的漏斗時(shí)，勢(shì)必會(huì)急劇降溫而形核，從而提高形核速率，這樣為后面的定向凝固造成了不利因素，本設(shè)計(jì)發(fā)明徹底消除了上述的不利因素；另外，在澆注漏斗與模殼澆注口間套上一個(gè)合理尺寸的剛玉連接筒，目的有兩個(gè)，其一是防止在澆鑄高溫合金熔液時(shí)，合金熔液飛濺，從而損壞保溫加熱器，該連接筒起到擋板的保護(hù)作用；其二，該連接筒起到定位作用，使模殼澆口與澆注漏斗下端口保持在一條直線上；它克服了傳統(tǒng)澆鑄模式中如紊流、對(duì)鑄型的沖涮、夾雜物等不利因素；設(shè)計(jì)能夠上下移動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)的澆注口擋板目的有三個(gè)；其一，可以使?jié)沧⒙┒烦浞诸A(yù)熱保溫；其二，防止保溫爐內(nèi)的高溫對(duì)定向凝固爐的上爐體(主要是爐蓋)的輻射；其三，設(shè)計(jì)成上下移動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)是為了操作更為方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1用于定向凝固設(shè)備中的澆鑄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
1、澆注口擋板；2、耐高溫材料；3、保溫加熱器上蓋；4、墊片；5、漏斗；6、保溫加熱器爐壁；7、剛玉連接筒；8、模殼；9、激冷板。
圖2為澆注的總長(zhǎng)度為220_的鑄造定向凝固試棒。
圖3為澆注的總長(zhǎng)度為220mm，寬度為30mm的鑄造單晶葉片。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例:
利用本發(fā)明澆注總長(zhǎng)度為220mm的鑄造定向凝固試棒(圖2)，材質(zhì)為CMSX-6高溫合金；在保溫加熱器加熱之前要將澆注口擋板旋至澆注口上方并降下，然后打開晶閘管調(diào)壓器和保溫器總電源，當(dāng)合金在坩堝被熔化后，開始進(jìn)行澆鑄，在澆鑄前升起澆注口擋板并旋離澆注口，進(jìn)行澆鑄，使 合金熔液沿澆注漏斗經(jīng)剛玉連接筒澆鑄至模殼中。然后在澆鑄結(jié)束后，將澆注口擋板復(fù)原；保溫30min，按3.5mm/min的速度將模殼拉出保溫爐；即完成實(shí)驗(yàn)。
[0014]利用本發(fā)明澆注總長(zhǎng)度為220mm，寬度為30mm的鑄造單晶葉片(圖3)，材質(zhì)為CMSX-6高溫合金；在保溫加熱器加熱之前要將澆注口擋板旋至澆注口上方并降下，然后打開晶閘管調(diào)壓器和保溫器總電源，當(dāng)合金在坩堝被熔化后，開始進(jìn)行澆鑄，在澆鑄前升起澆注口擋板并旋離澆注口，進(jìn)行澆鑄，使合金熔液沿澆注漏斗經(jīng)剛玉連接筒澆鑄至模殼中；然后在澆鑄結(jié)束后，將澆注口擋板復(fù)原；保溫25min，按2mm/min的速度將模殼拉出保溫爐；即完成實(shí)驗(yàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于高溫合金定向凝固成形的澆鑄系統(tǒng)，包括保溫加熱器、澆注漏斗、模殼和激冷板，其特征在于:澆注漏斗上方設(shè)有澆注口擋板，并使?jié)沧⒙┒返某诙说陀诨蛘呦嗥接诒丶訜崞鞯纳仙w，澆注漏斗與模殼澆注口間套上一個(gè)剛玉連接筒。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于高溫合金定向凝固成形的澆鑄系統(tǒng)，其特征在于:所述的澆注口擋板能夠上下移動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于高溫合金定向凝固成形的澆鑄系統(tǒng)，其特征在于:所述的澆注口擋板下表面粘一層耐高溫材料；所述耐高溫材料為碳?xì)只蛘呤逇郑穸葹?.5~2cm。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于高溫合金定向凝固成形的澆鑄系統(tǒng)，其特征在于:所述澆注漏斗外表面與保溫加熱器上蓋接觸面處設(shè)有墊片，墊片材料為耐高溫材料，具體為石棉繩。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于高溫合金定向凝固成形的澆鑄系統(tǒng)，其特征在于:所述澆注漏斗的下端伸入到剛玉連接筒內(nèi)，剛玉連接筒放置在模殼的澆口上。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用于高溫合金定向凝固成形的澆鑄系統(tǒng)的澆注方法，其特征在于步驟如下:在保溫加熱器加熱之前要將澆注口擋板旋至澆注口上方并降下，然后打開晶閘管調(diào)壓器和保溫器總電源，按照事先設(shè)定好的參數(shù)進(jìn)行加熱保溫，當(dāng)合金在坩堝被熔化后，開始進(jìn)行澆鑄，在澆鑄前升起澆注口擋板并旋離澆注口，進(jìn)行澆鑄，使合金熔液沿澆注漏斗經(jīng)剛 玉連接筒澆鑄至模殼中，然后在澆鑄結(jié)束后，將澆注口擋板復(fù)原；保溫l(T60min,按選擇1~5.5mm/min的速度將模殼拉出保溫爐；即完成實(shí)驗(yàn)。
【文檔編號(hào)】B22D27/04GK103894588SQ201310710862
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】趙玉濤, 梁向鋒, 馬德新, 賈志宏, 王安東, 左珍麗 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)