[發明專利]一種用于真空熔煉設備中的順序凝固工藝裝置及方法

有效

• 申請號: 201710274002.3
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107138696B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 張花蕊;李一鳴;張虎
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B22D7/06
• 分類號: B22D7/06;B22D27/06
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 李有浩

技術領域

本發明涉及鑄造設備與方法技術領域，更特別地說，是指一種用于真空熔煉設備中的順序凝固工藝裝置及方法。

背景技術

在超高溫材料的生產過程中，為保證所生產的材料具有優異的質量水平，必須嚴格控制化學成分和提高純凈度，而這主要取決于熔煉技術。真空熔煉技術是超高溫材料熔煉的一種關鍵技術。

在合金液澆注成型的過程中，當溶液澆入錠模后，與錠模型壁接觸的液體先凝固，中心部分液體后凝固。由于合金的液態收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的部位出現空洞。容積大而集中的孔洞稱為縮孔；細小而分散的孔洞稱為縮松。在鑄件的生產過程中，縮孔、縮松等缺陷是制約鑄件生產的一大問題，直接影響到鑄件的質量與工藝出品率，而工藝出品率是影響鑄件成本的一大重要因素。為了防止這些缺陷，往往通過設置冒口加強金屬液的補縮，并通過設置冷鐵形成局部激冷區，盡量使金屬液在凝固過程中實現順序凝固。

但在實際生產過程中，由于某些合金的凝固收縮率大，或是由于鑄件的長徑比比較大，而使得澆注過程中形成的自生溫度梯度并不能完全消除縮孔，造成工藝出品率低，大量的原材料被浪費的結果。形成縮孔縮松的根本原因是合金棒料或鑄錠在凝固時，側壁傳熱形成的橫向凝固速度和底部散熱形成的縱向凝固速度不同，側壁的橫向凝固速度大于底部的縱向凝固速度，導致固液界面推進形成的固液界面角角度過小，并且側壁與棒料的接觸面積大，棒料縱截面上，側壁到中心的距離不變，因而各位置的橫向凝固速度也幾乎不變。但隨著棒料由下而上的凝固過程進行，縱向凝固需要散失的熱量需要經由已凝固區域傳出，隨著已凝固區域的增加，散熱變慢，縱向凝固速度也逐步變慢，因而導致固液界面角進一步變小，最終在棒料中心位置形成細長的最后凝固區域，上方金屬液補縮能力不夠，導致中心縮孔縮松的產生。因而要想消除中心縮孔縮松，一方面需要加強冒口的補縮效果，另一方面需要合理設置冷卻裝置，盡可能增大固液界面角，實現金屬液自下而上的順序凝固。

為了盡可能增大固液界面角，在傳統工藝中，也有通過在錠模的側部或底部，以外加水冷或風冷等冷卻的方法來給金屬液外加一定的溫度梯度，以加快金屬液凝固，但對于施加側部冷卻的方式，其首先冷卻的是錠模側壁，只能減少總凝固時間，對固液界面角的擴大作用沒有幫助，甚至會進一步減小固液界面角。而對于底部冷卻的方式，往往是通過冷卻底部所有區域，這樣不僅會提高棒料中心的縱向凝固速度，同時也冷卻了錠模側壁，提高了棒料的橫向凝固速度，對固液界面角的擴大作用不明顯。

可見，目前暫未有人公布過基于冒口加熱設計與冷鐵補縮設計的用于真空熔煉設備中的順序凝固工藝裝置及方法。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種用于真空熔煉設備中的順序凝固工藝裝置及方法，目的在于保證真空熔煉設備內的高真空條件下，通過外加感應加熱裝置，加熱冒口中金屬液的溫度，控制冒口的凝固時間大于鑄件被補縮部分的凝固時間，使冒口與被補縮部位之間始終保持暢通的補縮通道，保證補縮效果；同時通過外加的冷卻裝置作用于錠模底座底部的中心局部位置施加冷卻，加強底部激冷的效果，增大固液界面角，實現自下而上的順序凝固，達到消除縮孔、縮松缺陷，提高鑄件質量和工藝出品率的目的。

本發明完整的技術方案包括：

一種用于真空熔煉設備中的順序凝固工藝裝置，包括真空熔煉設備、錠模、冒口加熱裝置和激冷裝置。

所述的真空熔煉設備爐壁處開有四個孔，兩個孔為一組，共兩組。其中一組裝有進線孔套，進線孔套的中部是供水冷銅管通過的中心通孔，進線孔套上設有外螺紋，通過螺紋連接固定于真空熔煉設備爐壁上。另一組裝有進線管，進線管上設有外螺紋，通過螺紋連接，固定于真空熔煉設備爐壁上。

所述錠模分為上下兩部分，上部呈由下向上直徑逐漸變大的喇叭口，為冒口段；下部為直徑相同的錠模段，錠模段外套有一端封閉的圓柱桶作為底座。金屬液在所述錠模中凝固后，形成鑄件。

所述的冒口加熱裝置包括感應加熱線圈、轉用管、連接件、水冷銅管和進線孔套。感應加熱線圈設于上述錠模的冒口段外，感應加熱線圈的尾端焊有轉用管，轉用管上套有連接件，連接件與水冷銅管通過螺紋進線連接。水冷銅管固定于進線孔套的中心通孔中，一端與感應加熱線圈相連，另一端與感應加熱電源相連。