[實用新型]一種制備細晶均質鑄件用復合熔體處理裝置

有效

• 申請號: 201720842294.1
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN207138838U
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 張志峰;白月龍;關天洋;陳春生;張少明
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: B22D41/01
• 分類號: B22D41/01;B22D1/00;B22D41/60;B22D41/62
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司11100
• 代理人: 劉徐紅

技術領域

本實用新型屬于金屬材料加工領域，特別涉及一種制備細晶均質鑄件用復合熔體處理裝置。

背景技術

隨著交通運輸以及航空航天向現代化、高速化的方向發展，對于低成本、輕量化、高性能的材料需求越來越大，特別是輕量化程度要求髙的機械設備等重要受力部件和結構件，大量使用鋁合金替代原來的鋼結構件，因此對大型復雜鋁合金零件的需求也日趨增加。

但是傳統工藝制備鋁合金鑄件尤其成分復雜的大型鑄件，首先在鑄造過程中由于中間包熔體含量多、保溫放置時間長，致使合金熔體的成分及溫度不均勻，不但相同鑄件不同部位性能差異明顯，而且先后成型的鑄件性能差別也很大；其次在轉移輸送熔體過程中由于鑄件的非均勻凝固，也會導致組織粗大不均勻、偏析嚴重和熱裂傾向性大，使得最終零件的力學性能一致性和穩定性較差，不能滿足需求。因此如何在合金熔體存放與轉移以及凝固過程中精確控制其溫度與成分均勻分布，獲得組織細小成分均勻的高性能鑄件具有重要意義。

專利CN103162550A公開了一種鑄造用金屬熔體處理裝置及方法。其設計思路是將熔體澆入置有冷卻器的環形冷卻室，通過電磁攪拌與電磁制動的復合作用與環狀熔體室相結合，大幅提高剪切強度和剪切速率，加速熔體的散熱，使金屬熔體凝固過程中界面前沿的溫度場趨于一致，提高有效形核率，使組織更加細小均勻。但是上述方法電磁場由外部施加，沒有充分考慮到大體積熔體處理過程中，電磁場強度的衰減，不能使熔體成分與溫度保持整體均勻一致。

專利CN102292175A公開了一種金屬鑄造中的熔體連續供給系統。其設計思路是熔化爐與保溫爐交替上升下降，保證了熔體持續輸送，解決了搬運過程中熔體溫度下降、流動性降低、與大氣接觸而產生氧化皮的問題。但是上述方法無法保證在長時間工作過程中，由于重力偏析導致的成分不均勻問題，同時其構造相對固定、占用空間大、不能很好與各種鑄造方式相對接。

傳統制備鋁合金鑄件尤其成分復雜的大型鑄件，主要存在的問題在于：其一，連續鑄造生產過程中中間包儲存熔體含量多、保溫放置時間長，熔體存在從坩堝壁不斷冷卻散熱的問題，因此導致中間包內的熔體溫度分布有差異；此外合金元素間密度有差異，尤其對于高合金化的合金，由于重力偏析致使成分不均勻，不但導致先后成型的鑄件性能差別很大，而且相同鑄件不同部位性能也差異明顯；其二，在熔體轉移輸送和充型過程中，由于熔體成分場與溫度場也難以保持均勻一致，鑄件的凝固成形是不均勻的，也會導致組織粗大不均勻、偏析嚴重和熱裂傾向性大，使得最終零件的力學性能一致性和穩定性較差，不能滿足需求。

實用新型內容

針對大型鑄件，特別對于成分復雜高合金化鑄件，在連續生產過程中，難以保證先后成型的鑄件以及同一鑄件不同部位的成分性能一致性等問題，本實用新型提出一種制備細晶均質鑄件用復合熔體處理裝置，其主要思想是：通過在中間包內部對熔體施加剪切攪拌處理，減小中間包內熔體溫度和成分因時間和空間變化而存在的差異，實現對大體積熔體溫度場及成分場的有效調控；同時在輸液管出口端對熔體施加高剪切攪拌和冷卻處理，實現對充型過程熔體的固相分數、組織和成分的精確控制，兩者共同作用最終制備出細晶均質無缺陷的高性能鑄件。

為實現以上目的，本實用新型采用以下技術方案：

一種制備細晶均質鑄件用復合熔體處理裝置，該裝置主要由儲存大體積合金熔體的中間包、加熱單元、外置磁力發生器、冷卻器、輸液管、內置磁力發生器和牽引機構等組成；所述的輸液管深入到中間包內部，所述輸液管的入口端位于中間包的下部，所述的外置磁力發生器和冷卻器設置在中間包外部的輸液管外圍，所述的內置磁力發生器設置在中間包內部的輸液管外周，所述的加熱單元設置在中間包的頂部內側，所述的牽引機構固定在中間包下部，牽引整個裝置與不同鑄造裝備實現對接。

所述的輸液管設置于中間包的中部，所述輸液管的入口端接近中間包底部，距離中間包底部的距離為10-20mm。

所述的內置磁力發生器可設置于輸液管入口端的外周；所述的內置磁力發生器由產生旋轉電磁力的繞組、產生行波電磁力的繞組和產生復合電磁力的繞組構成，能夠產生旋轉電磁力、行波電磁力或復合電磁力，磁力類型可以通過轉換開關進行精確控制。所述的內置磁力發生器中繞組的安匝數為5000～20000At，頻率為0.5～100Hz。

所述的內置磁力發生器可通過參數設置對施加的電磁力和輸送時間實施控制，實現熔體的定量精準輸送。