一种凝固过程可控的钛基合金反重力铸造装置及铸造方法。所述凝固过程可控的钛基合金反重力铸造装置包括熔炼系统和吸铸系统，在吸铸系统中上炉体内表面安装有铸型加热器。升液管加热器固定在上炉体与下炉体之间的过渡仓内表面。本发明专利技术在进行反重力铸造时，通过上炉体感应加热装置对陶瓷铸型进行加热及保温，大幅度提高了陶瓷铸型的浇注温度，改善了钛基合金熔体的流动性，从而现钛基合金金属液的完整充型。本发明专利技术通过调整铸型加热器功率，能够实现铸件在1400℃至室温范围内不同冷速的变化，达到对铸件冷却速度以及凝固路径的控制的目的，从而使α晶粒球化，获得组织均匀性优良的铸件。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种。所述凝固过程可控的钛基合金反重力铸造装置包括熔炼系统和吸铸系统，在吸铸系统中上炉体内表面安装有铸型加热器。升液管加热器固定在上炉体与下炉体之间的过渡仓内表面。本专利技术在进行反重力铸造时，通过上炉体感应加热装置对陶瓷铸型进行加热及保温，大幅度提高了陶瓷铸型的浇注温度，改善了钛基合金熔体的流动性，从而现钛基合金金属液的完整充型。本专利技术通过调整铸型加热器功率，能够实现铸件在1400℃至室温范围内不同冷速的变化，达到对铸件冷却速度以及凝固路径的控制的目的，从而使α晶粒球化，获得组织均匀性优良的铸件。【专利说明】
本专利技术涉及一种反重力铸造装置及其工艺领域，具体为一种凝固过程可控的钛基合金反重力铸造方法和吸铸系统。
技术介绍
精密铸造是一种先进的近净成形的铸造工艺，在众多的领域得到了应用，特别适用于形状复杂、薄壁构件的成形。反重力铸造作为精密铸造的一种方法，有利于实现金属液的平稳充型，正压凝固，补缩效果优良，其生产的铸件具有尺寸精确、成品率高、力学性能好和内部质量高等特点，一般不经过加工或稍作加工便可应用，因而可以节省大量的金属和机械加工装置。反重力生产装置效率高，易于实现生产过程的机械化和自动化，从而可以减轻工人劳动强度，改善劳动条件，提高经济效益。由于反重力铸造的优势，该方法在铝合金、镁合金等领域得到了广泛的应用。中国专利申请号:02115638，专利技术名称:“镁、铝合金反重力铸造真空消失模铸造方法及其装置”:该专利所述的装置由浇注炉、炉盖上的浇注台，其上放置的砂箱，连通浇注炉和砂箱的浇注管构成，浇注炉内包括带不锈钢炉衬的坩埚，浇注管外包覆保温加热线圈，浇注炉盖上具有保护气体和可控压力惰性气体通道，其综合了真空消失模和反重力铸造的特点。中国专利申请号:200510029885.9，专利技术名称:“铝基复合材料反重力铸造真空吸铸成形其装置”:该专利所述的装置由熔炼装置、真空吸铸装置和气路部分组成，该装置在中隔板上设置了一个搅拌器，在熔炼的过程中可对熔体进行搅拌，避免了复合材料成形过程中的颗粒沉降和团聚。由于钛合金、钛铝合金的流动性较差，必须对铸型进行预热保温以保证完整地充型，同时钛铝合金开裂倾向大，需采用缓冷的方式对其开裂问题进行控制，该装置难以实现对凝固过程的控制。中国专利申请88102624公开了金属反重力铸造的装置和方法，中国专利申请88102623公开了反重力铸造的装置和方法，中国专利申请89106430.3公开了反重力铸造方法和装置，中国专利申请93107264.6公开了反重力铸造的装置与方法。上述专利都是将铸型放置于液态合金或熔融金属基复合材料上方的密封室内，对密封室抽真空，密封室与下面的液态合金面上产生压差，液态合金在此压差的作用下克服重力而填充型腔；上述方法的共同特征是要利用真空泵系统产生压差，均不能对铸型进行加热，不利于实现铸件可控凝固，对于钛合金、钛铝合金等铸造性能差的合金，不能保证复杂薄壁件的完整充填与缺陷控制。中国专利申请200810150346.2公开了一种钛及钛合金的铸造方法，中国专利申请号CN101121196A公开了一种钛合金的铸造方法，其特征均在于采用真空感应熔炼将钛合金加热至熔融状态，采用真空吸铸将钛基合金熔体吸铸入预热至20?500°C陶瓷铸型内，后随炉冷却。上述两种方法在合金熔炼之前将陶瓷铸型加热并放置于上炉体，再进行抽真空、熔炼等过程，在此过程中铸型的温度会急剧下降，不可实现对铸型温度的控制，再者由于钛基合金的相变温度较高，低的铸型温度不能对组织进行控制，会导致浇注过程中存在充型不完整、组织粗大以及铸件开裂的现象，从而导致合金构件性能恶化甚至报废。综上所述，对于钛基合金，由于其熔点高、糊状区大、流动性差，在凝固过程中易发生开裂、铸造组织粗大且不均匀，现有的反重力铸造装置及方法均不能实现对铸件的可控凝固。针对钛基合金充型难、组织不均匀、易开裂等问题，希望开发出一种可获得性能优良的钛基合金铸件的可控凝固方法及装置。
技术实现思路
为克服现有钛基合金铸造技术中存在的铸型温度不可控、铸造组织粗大不均匀、铸件易开裂的缺点，本专利技术提出了一种。本专利技术包括熔炼系统和吸铸系统，所述熔炼系统包括下炉体、感应加热器、水冷铜坩埚、坩埚升降机构、惰性气体储气瓶和抽真空管道。其中，所述的感应加热器为水冷铜线圈，缠绕于水冷铜坩埚外侧，坩埚升降机构位于水冷铜坩埚下方由电机控制，可实现水冷铜坩埚的升降。吸铸系统由上炉体、升液管、升液管加热器、铸型加热器、铸型固定套筒、陶瓷铸型组成。所述的铸型固定套筒、升液管和升液管加热器都固定于上炉体上，铸型固定在铸型套筒内；吸铸系统包括上炉体、升液管、升液管加热器、铸型固定套筒和陶瓷铸型。所述的铸型固定套筒、升液管和升液管加热器均按常规方式固定在上炉体内；陶瓷铸型固定在铸型套筒内。其特征在于:所述吸铸系统中还包括铸型加热器；所述铸型加热器采用水冷铜线圈绕制而成，固定在上炉体内表面，并与铸型固定套筒的外圆周表面对应；所述铸型加热器表面与铸型固定套筒外圆周表面之间的距离须满足铸型的安装要求；所述升液管加热器固定在上炉体与下炉体之间的过渡仓内表面，并使该升液管加热器的外表面与位于过渡仓内的升液管外圆周表面之间的间距须满足升液管的安装要求。本专利技术还提出了一种使用所述凝固过程可控的钛基合金反重力铸造装置进行反重力铸造的方法，其具体过程是:步骤1，预热陶瓷铸型和升液管；将合金原料放入反重力铸造装置的水冷铜坩埚内；通过铸型加热器将陶瓷铸型预热至920~1400°C并保温至整个吸铸过程结束，所述铸型加热器的电流为12.8~46.0A ;通过升液管加热器将升液管预热至900~1150°C并保温至整个吸铸过程结束，所述升液管加热器电流11~22.3A。步骤2，熔炼；关闭上炉体的真空阀，对下炉体I抽真空至6.6X 10-4~6.6Χ 10_2Pa，关闭下炉体的真空阀。打开下炉体的Ar气流量控制系统，向炉体内充氩气至4.8 X IO2~5 X IO3Pa,开始水冷铜坩埚熔炼。通过感应加热器对合金进行熔炼，熔炼电流为56~68A，熔炼温度为1622~1760°C并保温4~15min。得到合金的熔体。步骤3，反重力充型；升高水冷铜坩埚至升液管浸入合金熔体中。继续通过下炉体的Ar气流量控制系统，向下炉体内充氩气使升液压力至140~300kPa，使合金熔体进入陶瓷铸型，在该压力下保 压3~30min，得到成形的合金铸件。步骤4，凝固；对得到的合金铸件自然冷却至920~1400°C，保持铸型加热器电流为12.8~46.0A,使合金铸件在920~1400°C温度下保温6~30min，保温结束后随炉冷却，得到凝固的合金铸件。由于采取的上述技术方案，使本专利技术具有以下优点:(I)本专利技术通过上炉体的感应加热装置对陶瓷铸型进行加热及保温，可大幅度的提高浇注时陶瓷铸型温度，改善钛基合金熔体的流动性，从而现钛基合金金属液的完整充型。(2)本专利技术通过调整铸型加热器功率，可实现铸件在1400°C至室温范围内不同冷速的变化，达到对铸件冷却速度以及凝固路径的控制的目的，可使钛基合金铸件冷却速率减缓，降低铸件凝固过程中的热应力，并可在韧脆转变温度以上保温，从而减小铸件的开裂倾向；通过凝固过程的保本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种凝固过程可控的钛基合金反重力铸造装置，包括熔炼系统和吸铸系统，所述熔炼系统包括下炉体、感应加热器、水冷铜坩埚、坩埚升降机构、惰性气体储气瓶和抽真空管道；其中，所述的感应加热器为水冷铜线圈，缠绕于水冷铜坩埚外侧，坩埚升降机构位于水冷铜坩埚下方由电机控制，可实现水冷铜坩埚的升降；吸铸系统由上炉体、升液管、升液管加热器、铸型加热器、铸型固定套筒、陶瓷铸型组成；所述的铸型固定套筒、升液管和升液管加热器都固定于上炉体上，铸型固定在铸型套筒内；吸铸系统包括上炉体、升液管、升液管加热器、铸型固定套筒和陶瓷铸型；所述的铸型固定套筒、升液管和升液管加热器均按常规方式固定在上炉体内；陶瓷铸型固定在铸型套筒内；其特征在于：所述吸铸系统中还包括铸型加热器；所述铸型加热器采用水冷铜线圈绕制而成，固定在上炉体内表面，并与铸型固定套筒的外圆周表面对应；所述铸型加热器表面与铸型固定套筒外圆周表面之间的距离须满足铸型的安装要求；所述升液管加热器固定在上炉体与下炉体之间的过渡仓内表面，并使该升液管加热器的外表面与位于过渡仓内的升液管外圆周表面之间的间距须满足升液管的安装要求。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：寇宏超，王军，杨光，李金山，孙智刚，胡锐，薛祥义，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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