[發明專利]一種液態金屬加熱定向凝固裝置及鑄造方法

在審

• 申請號: 202110067625.X
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112974777A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 馬德新;王富;徐維臺
• 申請（專利權）人: 深圳市萬澤中南研究院有限公司
• 主分類號: B22D27/04
• 分類號: B22D27/04
• 代理公司: 深圳市華優知識產權代理事務所(普通合伙) 44319
• 代理人: 余薇

一種液態金屬加熱定向凝固裝置，包括冷室及熱室、升降裝置、模殼，所述模殼上部為敞口，在所述敞口處設置有激冷盤，所述冷室設置于熱室的上方；所述熱室為液態金屬熔池；所述熱室與冷室之間設置有隔熱層；所述模殼穿過隔熱層設置于熱室中；在所述冷室內設置有多個噴射冷卻介質的噴嘴，所述噴嘴環繞所述模殼設置；所述升降裝置設置于激冷盤上方。在消除高溫合金定向和單晶鑄件中普遍存在的雀斑缺陷的同時，由于利用傳導和對流的方式代替了傳統工藝中的輻射方式進行加熱和冷卻，換熱效率和溫度梯度大大提高，為生產高質量的定向和單晶鑄件創造了良好條件。

技術領域

本發明涉及熔模精密鑄造技術，更具體的是涉及一種液態金屬加熱定向凝固裝置及鑄造方法。

背景技術

現有高溫合金的定向凝固設備和工藝存在兩個明顯缺點，一是模殼在加熱室的加熱和在冷卻室的散熱都是通過輻射的方式進行，效率很低，造成溫度梯度小，鑄態組織粗大等缺點。二是模殼向下抽拉，而鑄件向上進行定向凝固，與重力方向相反，導致雀斑缺陷的生成。人們曾在冷室中利用液態金屬冷卻即LMC法(Liquid Metal Kooling,)代替輻射來冷卻模殼，但在熱室中模殼的加熱方式仍為輻射。而且凝固方向仍為向上的逆重力方向，所以雀斑問題依然存在。本發明人曾發明了一種模殼提升式的定向凝固設備和鑄造方法(CN202010736374.5)，凝固方向與重力方向一致，使得雀斑問題基本得到解決。但是加熱和散熱方式仍為效率很低的輻射換熱，使得溫度梯度和冷卻速率都很低。本申請在此基礎上做了進一步改進，增添了傳導和對流的方式進行加熱和冷卻，使得換熱效率大大提高。

發明內容

本發明的目的是在于提供一種液態金屬加熱定向凝固裝置及鑄造方法，解決加熱和散熱方式為效率很低的輻射換熱問題，提高溫度梯度和冷卻速率。

針對上述技術問題，本發明提出了一種液態金屬加熱定向凝固裝置，包括冷室及熱室、升降裝置、模殼，所述模殼上部為敞口，在所述敞口處設置有激冷盤，所述冷室設置于熱室的上方；所述熱室為液態金屬熔池；所述熱室與冷室之間設置有隔熱層；所述模殼穿過隔熱層設置于熱室中；在所述冷室內設置有多個噴射冷卻介質的噴嘴，所述噴嘴環繞所述模殼設置。

優選的，所述升降裝置設置于激冷盤上方。

優選的，所述熱室包括坩堝、及設置于坩堝內的液態金屬，所述液體金屬為Al合金。

優選的，所述隔熱層為柔性隔熱材料，隔熱層厚度為5至30mm；隔熱層材料可為空心陶瓷球，直徑為1至5mm，也可為液態保護渣。

優選的，所述冷卻介質為氬氣。

優選的，所述激冷盤為水冷銅盤結構。

優選的，在激冷盤下方設置有選晶器，使得多晶定向凝固變成單晶定向凝固。

優選的，所述模殼的澆道為直澆道，所述直澆道設于所述模殼一側，在底部與所述模殼的型腔連通，所述直澆道外周包裹有保溫材料。

本發明同時還提供一種基于上述液態金屬加熱定向凝固裝置的定向凝固鑄造的方法，其特征在于，包括步驟：

S1：對熱室進行加熱至預定溫度，使熱室形成液態金屬熔池，在液體金屬熔池上設置隔熱層；

S2：通過升降裝置將連接在激冷盤上的模殼降入液態金屬熔池中，調整液體金屬熔池溫度將模殼預熱到設定溫度，使模殼內外溫度達到均勻；

S3：將高溫合金熔液通過模殼的澆道澆入模殼內，使模殼內高溫合金熔液上升與激冷盤接觸形成激冷層；

S4：通過升降裝置將模殼以設定速度提升，穿過隔熱層升入冷室；優選的，設定速度為1-6mm/min。

S5：提升模殼的同時通過噴嘴將冷卻介質噴向升出的模殼表面，對模殼和里面的高溫合金進行強制冷卻；模殼內的高溫合金液體實現由上向下的順重力定向凝固。