低壓細晶鑄造裝置及方法
2023-05-21 15:16:41
專利名稱：低壓細晶鑄造裝置及方法
技術領域：
本發明涉及的是一種鑄造冶金技術領域的裝置和方法，具體地說，涉及的是一種通過增加同質顆粒或異質顆粒從而增加形核核心，利用調壓鑄造澆注過程中可調的特性， 控制其工藝參數，調節細化劑進入熔體的量，控制細化過程的裝置和方法。
背景技術：
添加細化劑對合金凝固組織細化是一種已經普遍工業化的工藝方法。熔煉時，可以通過向熔體中添加細化劑來形成晶核，使粗大的鑄態組織變成細小的等軸晶，實現晶粒細化，從而提高合金的鑄造性能、物理性能、力學性能和加工性能。細化劑主要有3類同成分的合金細粉、具有異質晶核的合金、通過反應可形成異質晶核的合金元素。經對現有技術的文獻檢索發現，中國專利申請號為201020255205. 1，名稱為鋁鑄軋機進料系統，提出了一種新型鋁鑄軋機進料系統，所述細化劑供給裝置為線材給料機， 其出料口位於保溫爐出口與除氣箱入口之間的流槽上方，熔體流動帶入細化劑，以使細化劑能夠充分熔化，從而改善鑄軋產品質量。該裝置包括鋁水供應系統以及細化劑供給裝置， 細化劑供給裝置的出料口方向與流槽中熔體的流動方向相反，這樣能夠使細化劑充分熔化，同時也達到晶粒細化目的。檢索中還發現，中國專利申請號02145111. 7，名稱為熔體溫度處理細化亞共晶鋁矽合金晶粒方法，申請人上海交通大學，提出了一種高低溫熔體混合澆鑄的方法。通過高低溫熔體溫度等參數對細化初生矽相的尺寸有較大的影響，從而細化凝固組織晶粒尺寸。然而這兩種方式均不能用於調壓鑄造方式，對於大規模鑄造方法也不適合。
發明內容
本發明的目的在於為反重力鑄造中凝固組織的細化，提供一種適合大規模鑄造的低壓細晶鑄造裝置及方法。本發明在升液管與鑄型澆口之間設置細化劑存儲器，利用金屬液的熔化和流動，將細化劑攜帶入鑄型中，同時合理降低衝入鑄型的熔體溫度，達到細化晶粒，解決了調壓鑄造過程中的細化劑添加。本發明是通過以下技術方案實現的本發明所述的低壓細晶鑄造裝置，包括上室、鑄型、氣壓調節裝置、細化劑存儲器、 承壓板、升液管、熔化裝置、下室、砂網和上蓋，其中砂網置於爐膛內的上部，砂網固定在上室之中，上蓋與上室連接；細化劑存儲器連接在鑄型的下方，並固定在承壓板之上，承壓板、 上室和下室之間固定連接；升液管穿過承壓板上的中心孔固定，升液管與鑄型之間設有石棉，並靠鑄型的重力密封連接，升液管與承壓板之間密封連接；熔化裝置在爐膛內的下部， 升液管的下方，並與升液管的中心一致；用於調節上下室氣壓的氣壓調節裝置外接於上下室的法蘭盤。所述升液管是由碳纖維管制成。
所述熔化裝置由感應線圈和坩堝組成，感應線圈圍繞在坩堝外圍。所述氣壓調節裝置由真空泵、壓力罐及連通閥組成，分別接通於上下室法蘭。所述細化劑存儲器存儲細化劑，並通過設置泡沫陶瓷過濾板固定細化劑並過濾熔體。所述細化劑為塊狀細化劑，塊狀細化劑置於澆口內側外圍。所述細化劑也可以為大顆粒狀細化劑，大顆粒狀細化劑通過陶瓷網隔離置於澆口內側外圍；或者大顆粒狀細化劑也可以通過陶瓷網隔離置於澆口中央。基於上述裝置，本發明所述的低壓細晶鑄造方法包括如下步驟步驟1 將細化劑放入細化劑存儲器，並連接好澆鑄口管道；步驟2 然後將鋁熔體或高溫合金熔體倒入坩堝內，開啟調壓鑄造裝置；步驟3 充型過程中，通過氣壓調節裝置調壓充氣速率，控制充型速率，使得高溫合金熔體從坩堝中按設定的速率沿升液管上升；當熔體流經細化劑存儲器時，由於流體的動量及溫度，會將細化劑混合、熔化，並帶入鑄型凝固；步驟4 凝固開始後調壓氣壓，使熔體凝固，控制凝固組織結構。本發明採用細化劑存儲器在熔體中添加細化劑，可在短時間內使其熔化混合形成熔體形核核心，加速凝固細化晶粒。採用真空泵氣壓調節裝置，適當調節氣壓，控制流體充型速率，使得熔體充型平穩，並保證細化劑適當熔化及在熔體中混合均勻。添加不同種類的細化劑，同成分合金和異質合金，形核機制不同，充型速率也要隨之調整。充型完成後，增加壓力，使熔體在02 0. SMPa壓力下凝固，強化其組織結構性能。本發明中，加入的細化劑種類不同，形核機制不同，增加晶核數目，同成分合金增加晶核數目均勻形核，異質合金非均勻形核。改變熔體充型速率，細化劑的熔化程度和與液體的混合程度不同，晶核數目不同，從而鋁和高溫合金細化程度也不同。綜上，本發明利用調壓鑄造裝置，在細化劑存儲器中加入細化劑，通過控制該細化劑的種類，並控制鋁熔體或高溫合金熔體充型速率，加快細化劑在熔體中的熔化、混合和擴散，增加凝固結晶的晶核，達到提高鋁合金或高溫合金晶粒細化的目的。另外通過加入的異質晶核合金，並控制充型速率，提高異質凝固核心，更加有利於觀察凝固組織不同部位的分布與變化。本發明結合背景中的鋁鑄軋細化劑進料系統和高低溫熔體混合澆鑄對低壓鑄造澆注口提出改進，加入細化劑供給裝置，改善了低壓鑄造裝置，操作簡便合理。
圖1為本發明實施例整體結構示意圖；圖2為本發明實施例塊狀細化劑存儲器結構示意圖。圖3為本發明實施例大顆粒狀細化劑存儲器結構示意圖一。圖4為本發明實施例大顆粒狀細化劑存儲器結構示意圖二。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例以本發明技術方案為前提，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。如圖1所示，本實施例提供一種低壓細晶鑄造裝置，包括上室1、鑄型2、氣壓調節裝置3、細化劑存儲器5、承壓板6、升液管9、熔化裝置10、下室11、砂網16和上蓋17，其特徵在於還包括鑄型2，砂網16置於爐膛內的上部，砂網16通過焊接固定在上室之中，上蓋 17通過法蘭螺栓與上室1連接；細化劑存儲器5連接在鑄型2的下方，並固定在承壓板6之上，承壓板6、上室1和下室11之間通過螺栓定位梢固定連接；升液管9通過穿過承壓板6 上的中心孔固定，升液管9與鑄型2之間通過加石棉，並靠鑄型2的重力密封連接，升液管 9與承壓板6之間通過塗抹矽膠密封連接；熔化裝置10在爐膛內的下部，升液管9的下方， 並與升液管9的中心一致；氣壓調節裝置3通過真空泵14、17、壓力罐3、8及連通閥16調節上下室氣壓，外接於上下室的法蘭盤。本實施例中，升液管9是由碳纖維管制成。本實施例中，熔化裝置10由感應線圈8和坩堝12組成，感應線圈8圍繞在坩堝12 外圍。本實施例中，氣壓調節裝置3由真空泵13、15、壓力罐3、7及連通閥14組成，分別接通於上下室法蘭。如圖2、圖3和圖4所示，本實施例中，可將細化劑存儲器分成3種形式來檢驗不同細化劑隨熔體充填效果，泡沫陶瓷過濾板18起到固定細化劑，並過濾熔體。圖2中，塊狀細化劑19置於澆口內側外圍；圖3中，大顆粒狀細化劑21通過陶瓷網隔離置於澆口內側外圍；圖4中，大顆粒狀細化劑21通過陶瓷網隔離置於澆口中央。實施例2-4基於實施例1所述裝置，針對K4169高溫合金熔體，充型速率控制在0. 1 lm/s 變化，熔體溫度由熔化裝置功率及熱電偶調節，隨著充型速率的變化而適當改變。低壓細晶鑄造方法包括如下步驟步驟1 將細化劑放入細化劑存儲器，並連接好澆鑄口管道；步驟2 然後將鋁熔體或高溫合金熔體倒入坩堝內，開啟調壓鑄造裝置；步驟3 充型過程中，通過氣壓調節裝置調壓充氣速率，控制充型速率，使得高溫合金熔體從坩堝中按設定的速率沿升液管上升；當熔體流經細化劑存儲器時，由於流體的動量及溫度，會將細化劑混合、熔化，並帶入鑄型凝固；步驟4 凝固開始後調節下室氣體壓力，使熔體在02 0. SMPa壓力下凝固，控制凝固組織結構。實施例2 當充型速率為0. lm/s，鑄件在0. 6Mpa壓力下凝固時，鑄件中的縮松比為 3%，熔體溫度為1400°C時，高溫合金晶粒尺寸為8mm。實施例3 當充型速率為0. 5m/s，熔體溫度為1390°C，鑄件在0. 6Mpa壓力下凝固時，鑄件中的縮松比為3%時，高溫合金晶粒尺寸為3mm。實施例4 當充型速率為lm/s，熔體溫度為1380°C，鑄件在0. 6Mpa壓力下凝固時， 鑄件中的縮松比為3%時，高溫合金晶粒尺寸為5mm。通過以上實施例看出，本發明結構合理，工藝先進，操作簡便，在升液管與鑄型澆口之間設置細化劑存儲器，利用金屬液的熔化和流動，將細化劑攜帶入鑄型中，同時合理降低衝入鑄型的熔體溫度，達到細化晶粒，減少縮松的目的。儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種低壓細晶鑄造裝置，其特徵在於包括上室、鑄型、氣壓調節裝置、細化劑存儲器、 承壓板、升液管、熔化裝置、下室、砂網和上蓋，其中砂網置於爐膛內的上部，砂網固定在上室之中，上蓋與上室連接；細化劑存儲器連接在鑄型的下方，並固定在承壓板之上，承壓板、 上室和下室之間固定連接；升液管穿過承壓板上的中心孔固定，升液管與鑄型之間設有石棉，並靠鑄型的重力密封連接，升液管與承壓板之間密封連接；熔化裝置在爐膛內的下部， 升液管的下方，並與升液管的中心一致；用於調節上下室氣壓的氣壓調節裝置外接於上下室的法蘭盤。
2.根據權利要求1所述的低壓細晶鑄造裝置，其特徵在於所述細化劑存儲器存儲細化劑，並通過設置泡沫陶瓷過濾板固定細化劑並過濾熔體。
3.根據權利要求2所述的低壓細晶鑄造裝置，其特徵在於所述細化劑為塊狀細化劑， 塊狀細化劑置於澆口內側外圍。
4.根據權利要求2所述的低壓細晶鑄造裝置，其特徵在於所述細化劑為大顆粒狀細化劑，大顆粒狀細化劑通過陶瓷網隔離置於澆口內側外圍。
5.根據權利要求2所述的低壓細晶鑄造裝置，其特徵在於所述細化劑為大顆粒狀細化劑，大顆粒狀細化劑通過陶瓷網隔離置於澆口中央。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的低壓細晶鑄造裝置，其特徵在於所述升液管是由碳纖維管制成。
7.根據權利要求1-5中任一項所述的低壓細晶鑄造裝置，其特徵在於所述熔化裝置由感應線圈和坩堝組成，感應線圈圍繞在坩堝外圍。
8.根據權利要求1-5中任一項所述的低壓細晶鑄造裝置，其特徵在於所述氣壓調節裝置由真空泵、壓力罐及連通閥組成，分別接通於上下室法蘭。
9.一種採用權利要求1-8任一項所述裝置的低壓細晶鑄造方法，其特徵在於包括如下步驟步驟1 將細化劑放入細化劑存儲器，並連接好澆鑄口管道；步驟2 然後將鋁熔體或高溫合金熔體倒入坩堝內，開啟調壓鑄造裝置；步驟3 充型過程中，通過氣壓調節裝置調壓充氣速率，控制充型速率，使得高溫合金熔體從坩堝中按設定的速率沿升液管上升；當熔體流經細化劑存儲器時，由於流體的動量及溫度，會將細化劑混合、熔化，並帶入鑄型凝固；步驟4 凝固開始後調壓氣壓，使熔體凝固，控制凝固組織結構。
10.根據權利要求9所述的低壓細晶鑄造方法，其特徵在於針對K4169高溫合金熔體，充型速率控制在0. 1 lm/s變化，熔體溫度為1400°C 1380°C變化。
全文摘要
本發明公開一種低壓細晶鑄造裝置及方法，所述裝置包括上室、下室、上蓋、鑄型、熔化裝置、升液管、細化劑存儲器、氣壓調節裝置、承壓板。細化劑存儲器置於升液管和鑄型澆口中間，並將升液管固定在承壓板；鑄型置於爐膛內的上室，外圍充填細砂；熔化裝置置於升液管下方，並與升液管的中心一致；氣壓調節裝置通過上下室的法蘭盤外接真空泵、壓力罐及連通閥調節上下室氣壓。本發明結構合理，工藝先進，操作簡便，在升液管與鑄型澆口之間設置細化劑存儲器，利用金屬液的熔化和流動，將細化劑攜帶入鑄型中，同時合理降低衝入鑄型的熔體溫度，達到細化晶粒，減少縮松的目的。
文檔編號B22D18/04GK102398014SQ20111036099
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者餘志文, 孫寶德, 張佼, 戴永兵, 李發國, 王俊, 疏達, 韓延峰 申請人:上海交通大學