等離子絲材連鑄工藝的製作方法

2023-05-04 19:30:31

專利名稱：等離子絲材連鑄工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬金屬鑄造技術領域，具體涉及一種等離子絲材連鑄工藝。
背景技術：
在目前的鈦合金、鋯合金、鎳合金、高溫合金的生產中，還沒有連鑄成型設備在實際運行，傳統工藝是熔煉、鍛造、熱擠壓或者熱軋、冷拔或冷軋，每個工序之間還會有不同的熱處理環節；生產加工環節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，巨大的金屬損耗會帶來產品的價格居高不下，限制了鈦合金、鎳合金、錯合金等的應用。鈦合金、錯合金、鎳合金和高溫合金的連鑄，比起銅材和招材的連鑄要複雜的多。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，要求純淨度較高包括較低的氣體元素與高密度夾雜；最後，由於這些金屬比較活潑，需要找到一種在高溫條件下不與其反應的耐高溫材料，所以，適用於銅材與鋁材的連鑄系統並不能應用在鈦合金、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:熔煉儘可能大的錠子，然後一步一步向小尺寸加工，這種方式從20世紀80年代至今沒有改變。目前隨著近淨製造和3D列印技術的日趨成熟，從小到大的製造方法的技術儲備已日趨完善，極待爆發。3D列印技術需要大量的絲材原料，傳統工藝加工的絲材由於金屬損失巨大而成本過高，進而影響了稀貴金屬的3D列印的推廣和市場化，需要找到一種方法大大降低3D原料成本，因此有必要改進。

發明內容
本發明解決的技術問題:提供一種加工成本低、熔煉質量高的可連續鑄出絲材或棒材的等離子絲材連鑄工藝。本發明採用的技術方案: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)啟動主加熱槍對坩鍋中的金屬物料進行連續加熱至金屬物料變為液態，加熱溫度為金屬物料熔點以上50-150°C ；3)液態金屬從坩鍋連續流入緩衝池中；4)進入緩衝池中的液態金屬連續進入結晶器中，所述結晶器為二段式結構，結晶器上半部由耐高溫低導熱材料製成，其下半部為水冷銅結構，結晶器上半部和下半部內徑一致；液壓金屬進入結晶器上半部入口時溫度需保證在金屬熔點以上，液壓金屬從結晶器下半部出口出來時溫度需要在30°C左右；5)從結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，液態金屬從坩鍋連續流到冷床上並啟動副加熱槍對流過冷床的液態金屬繼續加熱，彌補液態金屬流過冷床時熱量損失，然後再連續流入緩衝池中。
上述步驟2)中，所述主加熱槍為離子束加熱槍、電子束加熱槍或雷射束加熱槍。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、電子束加熱槍或雷射束加熱槍。進一步地，所述結晶器上半部和下半部的長度儘可能取長一些，一般為成型絲材直徑的10-20倍。本發明與現有技術相比將鈦合金、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，省去了傳統加工方式中的鍛造、熱軋、扒皮、熱拉、冷拔等工藝環節，大大降低了加工成本；相比目前大量使用的真空自耗爐、感應爐和凝殼爐，等離子爐具有加熱溫度高，金屬過熱大的特點，熔煉質量更好，加入冷床環節後，可大大降低氣體元素和高密度夾雜。


圖1為本發明第一實施例結構示意圖；圖2為本發明第二實施例結構示意圖；圖3為本發明第三實施例結構示意圖；圖4為本發明第四實施例結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖1描述本發明的第一種實施例。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)啟動主加熱槍3對坩鍋2中的金屬物料進行連續加熱至金屬物料變為液態，加熱溫度為金屬物料熔點以上100°c ;所述主加熱槍3為離子束加熱槍、電子束加熱槍或雷射束加熱槍；3)液態金屬從坩鍋2連續流入緩衝池6中；4)進入緩衝池6中的液態金屬連續進入結晶器7中，所述結晶器7為二段式結構，結晶器7上半部由耐高溫低導熱材料製成，其下半部為水冷銅結構，結晶器7上半部和下半部內徑一致；液壓金屬進入結晶器7上半部入口時溫度需保證在金屬熔點以上，液壓金屬從結晶器7下半部出口出來時溫度需要在30°C左右；所述結晶器7上半部和下半部的長度儘可能取長一些，一般為成型絲材直徑的10-20倍。5)從結晶器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。下面結合附圖2描述本發明的第二種實施例。與實施例一的不同之處在於:流到緩衝器6中的液態金屬通過真空虹吸的方法成型，結晶器7下部分為耐熱材料結構，上部分為水冷銅結構，上下部分內徑一致。上部長度和下部長度需要通過熱傳導計算得出，需滿足上部入口溫度需要在熔點以上，下部出口溫度需要在30度左右。如果不通過計算，那麼需要將上部和下部長度儘可能取長一些，一般為成型絲材直徑的10倍到20倍長度。結晶器7下端伸入緩衝池6金屬液面以下，上部分連接一個真空箱。如果採用虹吸方式，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。下面結合附圖3描述本發明的第三種實施例。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)啟動主加熱槍3對坩鍋2中的金屬物料進行連續加熱至金屬物料變為液態，加熱溫度為金屬物料熔點以上150°C ;所述主加熱槍3為離子束加熱槍、電子束加熱槍或雷射束加熱槍；3)液態金屬從坩鍋2連續流到冷床5上並啟動副加熱槍4對流過冷床5的液態金屬繼續加熱，彌補液態金屬流過冷床5時熱量損失，然後再連續流入緩衝池6中；液態金屬流入冷床5中，副等離子槍4在冷床5上加熱彌補液態金屬流過冷床5時的熱量損失。冷床5的作用是使液態金屬在高溫下停留一段時間，有利於液態金屬中的氣體元素揮發和高密度雜質沉降；4)進入緩衝池6中的液態金屬連續進入結晶器7中，所述結晶器7為二段式結構，結晶器7上半部由耐高溫低導熱材料製成，其下半部為水冷銅結構，結晶器7上半部和下半部內徑一致；液壓金屬進入結晶器7上半部入口時溫度需保證在金屬熔點以上，液壓金屬從結晶器7下半部出口出來時溫度需要在30°C左右；所述結晶器7上半部和下半部的長度儘可能取長一些，一般為成型絲材直徑的10-20倍。5)從結晶器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。下面結合附圖4描述本發明的第四種實施例。與實施例三的不同之處在於:啟動主加熱槍3對坩鍋2中的金屬物料進行連續加熱至金屬物料變為液態，加熱溫度為金屬物料熔點以上50°C ;流到緩衝器6中的液態金屬通過真空虹吸的方法成型，結晶器7下部分為耐熱材料結構，上部分為水冷銅結構，上下部分內徑一致。上部長度和下部長度需要通過熱傳導計算得出，需滿足上部入口溫度需要在熔點以上，下部出口溫度需要在30度左右。如果不通過計算，那麼需要將上部和下部長度儘可能取長一些，一般為成型絲材直徑的10倍到20倍長度。結晶器7下端伸入緩衝池6金屬液面以下，上部分連接一個真空箱。如果採用虹吸方式，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，也不僅僅限於絲材，也可以鑄出相應的棒材或者其他型的連續材料，只要改變結晶器7內徑的形狀即可。對於目前流行的3D印表機，需要連續的材料才能列印出理想的物品，本工藝鑄就的材料就可以和3D印表機結合使用，使用方式可以是使用冷卻後的絲材作為列印材料，或者在合適的耐熱材料和保溫環境下使用高溫金屬液體噴出冷卻成型。本發明是理想的鈦合金、鋯合金、鎳合金和高溫合金低成本3D列印系統的前端和供料設備。上述實施例，只是本發明的較佳實施例，並非用來限制本發明實施範圍，故凡以本發明權利要求所述內容所做的等效變化，均應包括在本發明權利要求範圍之內。
權利要求
1.等離子絲材連鑄工藝，其特徵在於包括下述步驟: 1)將備好的金屬物料通過螺旋加料器(I)連續送入坩鍋(2)中； 2)啟動主加熱槍(3)對坩鍋(2)中的金屬物料進行連續加熱至金屬物料變為液態，力口熱溫度為金屬物料熔點以上50-150°C ； 3)液態金屬從坩鍋(2)連續流入緩衝池(6)中； 4)進入緩衝池(6)中的液態金屬連續進入結晶器(7)中，所述結晶器(7)為二段式結構，結晶器(7)上半部由耐高溫低導熱材料製成，其下半部為水冷銅結構，結晶器(7)上半部和下半部內徑一致；液壓金屬進入結晶器(7)上半部入口時溫度需保證在金屬熔點以上，液壓金屬從結晶器(7)下半部出口出來時溫度需要在30°C左右； 5)從結晶器(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.根據權利要求1所述的等離子絲材連鑄工藝，其特徵在於:上述步驟3)中，液態金屬從坩鍋(2)連續流到冷床(5)上並啟動副加熱槍(4)對流過冷床(5)的液態金屬繼續加熱，彌補液態金屬流過冷床(5)時熱量損失，然後再連續流入緩衝池(6)中。
3.根據權利要求1所述的等離子絲材連鑄工藝，其特徵在於:上述步驟2)中，所述主加熱槍(3)為離子束加熱槍、電子束加熱槍或雷射束加熱槍。
4.根據權利要求1所述的等離子絲材連鑄工藝，其特徵在於: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.根據權利要求2所述的等離子絲材連鑄工藝，其特徵在於:所述副加熱槍(4)為離子束加熱槍、電子束加熱槍或雷射束加熱槍。
6.根據權利要求1所述的等離子絲材連鑄工藝，其特徵在於:所述結晶器(7)上半部和下半部的長度儘可能取長一些，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)啟動主加熱槍對坩鍋中的金屬物料進行連續加熱至金屬物料變為液態，加熱溫度為金屬物料熔點以上50-150℃；3)液態金屬從坩鍋連續流入緩衝池中；4)進入緩衝池中的液態金屬連續進入結晶器中，所述結晶器為二段式結構，結晶器上半部由耐高溫低導熱材料製成，其下半部為水冷銅結構，結晶器上半部和下半部內徑一致；液壓金屬進入結晶器上半部入口時溫度需保證在金屬熔點以上，液壓金屬從結晶器下半部出口出來時溫度需要在30℃左右；5)從結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B22D11/00GK103143689SQ20131008885
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月19日 優先權日2013年3月19日
發明者戚民傑 申請人:寶雞高新開發區寶冶環保工程研究所