[發(fā)明專利]一種高熔點、高活性及高純度合金的真空吸鑄裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110098713.6
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112916832A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔玉友;夏智州;劉榮華;楊銳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: B22D18/06
• 分類號: B22D18/06;B22D21/06
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明涉及金屬鑄造領(lǐng)域，具體為一種高熔點、高活性及高純度合金的真空吸鑄裝置及方法。該裝置包括上下相對設(shè)置的熔煉室和吸鑄室，熔煉室頂端中心位置設(shè)有鎢電極，鎢電極正下方設(shè)置銅坩堝，銅坩堝側(cè)壁設(shè)置循環(huán)水的通道，銅坩堝的底部設(shè)置吸鑄閥門；吸鑄室設(shè)置金屬模具，模具澆口與銅坩堝的底部開口及吸鑄閥門相對應(yīng)，吸鑄閥門采用高熔點、活性低和熱導(dǎo)率好的金屬材料加工而成，吸鑄閥門與空氣壓縮機的輸出端連接，通過空氣壓縮機打開吸鑄閥門，使銅坩堝內(nèi)熔融的合金液注入金屬模具。該裝置具有壓差可控、潔凈及充型動力大的特點，可解決高熔點和高活性這類合金在近凈成形過程中普遍存在的易污染和成功率低的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬鑄造領(lǐng)域，具體為一種高熔點、高活性及高純度合金的真空吸鑄裝置及方法。

背景技術(shù)

高溫合金、金屬間化合物以及鈦合金等材料被廣泛應(yīng)用到國防、能源以及航空航天等領(lǐng)域。其中大多數(shù)具有高熔點和高活性的特性。此外，金屬間化合物的代表TiAl合金還具有合金液流動性極差、難于成型的特征。因此，國內(nèi)外學(xué)者針對該類高熔點、高活性以及高純度合金的鑄造工藝進行了各種嘗試。其中，起源于上世紀(jì)70年代的真空吸鑄工藝引起了研究者的廣泛興趣。但是，真空吸鑄工藝常用于低熔點、低活性材料和非晶合金的制備。就目前成熟應(yīng)用的底漏式真空吸鑄工藝和反重力吸鑄工藝都不能滿足高溫合金、金屬間化合物和鈦合金材料的鑄造要求。例如，反重力真空吸鑄爐在吸鑄TiAl金屬間化合物時，吸嘴和預(yù)熱的型殼無法避免地與此類高熔點、高活性的合金液發(fā)生反應(yīng)或產(chǎn)生夾雜，使鑄件污染以及最終氧含量超過1000ppm，大大降低合金性能。底漏式真空吸鑄設(shè)備的石墨或氮化硼噴嘴在較高溫度時也會與合金液發(fā)生反應(yīng)，造成合金液的污染。此外，現(xiàn)存的針對高熔點合金的底漏式真空吸鑄設(shè)備中連通熔煉室和吸鑄室的通孔沒有設(shè)置吸鑄閥門來控制合金液，而底漏式真空吸鑄工藝中必要的循環(huán)水冷系統(tǒng)會影響合金液過熱度的均勻性。因此，底漏式真空吸鑄工藝制備的大尺寸、高熔點和高純度合金的鑄件常出現(xiàn)冷隔、欠鑄、縮松和氣孔等鑄造缺陷，大大降低了吸鑄成功率。因此，開發(fā)和發(fā)明一種專門針對高熔點、高活性以及高純度合金的真空吸鑄工藝是十分必要的，并具有廣闊的應(yīng)用價值和市場前景。

發(fā)明內(nèi)容

借鑒此前成熟應(yīng)用的真空吸鑄工藝后，并針對它們在制備高熔點、高活性和高純度合金過程中存在的問題，基于差壓鑄造的原理，在底漏式真空吸鑄設(shè)備的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的目的在于提供一種高熔點、高活性及高純度合金的真空吸鑄裝置及該裝置的使用方法，該裝置具有壓差可控、潔凈、高效及充型動力大的特點，可解決此類高熔點、高活性和高純度合金在吸鑄過程中普遍存在的易污染、成功率低和成本昂貴的問題。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種高熔點、高活性及高純度合金的真空吸鑄裝置，該裝置包括上下相對設(shè)置的熔煉室和吸鑄室，熔煉室和吸鑄室通過機械密封的方式連接，熔煉室內(nèi)頂端中心位置沿豎向設(shè)有鎢電極，鎢電極正下方設(shè)置銅坩堝，銅坩堝的底部設(shè)置吸鑄閥門；吸鑄室內(nèi)設(shè)置金屬模具，金屬模具澆口與吸鑄閥門及銅坩堝的底部開口相對應(yīng)；

吸鑄閥門由留有通孔的吸鑄坩堝、控制吸鑄坩堝通孔開合的吸鑄閥門開關(guān)及位于吸鑄坩堝周邊的循環(huán)水系統(tǒng)組成，整個吸鑄坩堝機械鑲嵌到水冷銅坩堝的底部開口中，吸鑄坩堝通孔位于水冷銅坩堝底部開口的中心位置，通孔的下方與金屬模具的澆口相對應(yīng)；吸鑄閥門開關(guān)通過抽拉裝置與空氣壓縮機連接，抽拉裝置的一端通過連接件與吸鑄閥門開關(guān)相連，抽拉裝置的另一端與空氣壓縮機的輸出端連接，通過空氣壓縮機打開吸鑄閥門開關(guān)，使銅坩堝內(nèi)熔融的合金液由通孔注入金屬模具。

所述的高熔點、高活性及高純度合金的真空吸鑄裝置，熔煉室的上部側(cè)壁設(shè)有連接高純氬氣裝置的氬氣充口，銅坩堝側(cè)壁設(shè)置循環(huán)水的通道，真空機械泵通過管路與吸鑄室相連通。

所述的高熔點、高活性及高純度合金的真空吸鑄裝置，吸鑄閥門通過機械密封連接的方式鑲嵌到水冷銅坩堝的底部開口中，熔煉室與吸鑄室通過吸鑄閥門隔開，熔煉室與吸鑄室之間有微小縫隙；在合金液形成液封之前，熔煉室與吸鑄室氣壓相通；在合金液形成液封之后，調(diào)控熔煉室與吸鑄室之間的壓差。