一种大直径轻合金长管坯的制备装置和方法制造方法及图纸

一种大直径轻合金长管坯的制备装置和方法，属于金属材料加工和冶金技术领域。该制备装置主要由离心模具、辊轮、流槽、移动小车和小车导轨组成。该制备方法包括：1.计算机模拟仿真，确定凝固速度；2.配制轻合金熔液；3.制备管坯：(1)离心模具预热；(2)逐层浇注，最终制得大直径轻合金长管坯。该方法采用卧式离心铸造，通过逐层凝固的方式即从外层至内层依次浇注，层与层之间实现冶金结合不能出现分层，制备出了外直径400mm‑1400mm，内直径为380‑1380mm，长度2m‑20m的镁合金管材，铸件组织细小、组织致密，消除了宏观偏析，开创了大直径高性能镁合金长管坯制备工艺的先河。

Device and method for preparing large diameter light alloy long tube blank

The invention relates to a device and a method for preparing a large diameter light alloy long tube blank, belonging to the field of metal material processing and metallurgy. The preparation device is mainly composed of centrifugal mold, roller, groove, mobile car and car rail. The preparation method comprises the following steps: 1. computer simulation is used to determine the solidification speed; 2. to prepare molten alloy molten liquid; 3. to prepare a tube blank; (1) to preheat a centrifugal mold; (2) to layer by layer pouring; finally, to obtain a large diameter light alloy long tube blank. This method adopts horizontal centrifugal casting, the solidification mode of layer by layer from outer to inner successively casting, metallurgical bonding can not appear delamination between layers, prepared by 400mm outer diameter 1400mm, inner diameter of 380 1380mm magnesium alloy tube length 2m 20m, small and compact castings, eliminating macro segregation, creating a large diameter high performance magnesium alloy tube billet preparation precedent.

【技术实现步骤摘要】
一种大直径轻合金长管坯的制备装置和方法
本专利技术涉及金属材料加工和冶金
，具体为一种大直径轻合金长管坯的制备装置和方法。
技术介绍
目前镁合金的生产工艺主要以压铸为主，90％左右的商用镁合金零部件都是压铸件，离心铸造件很少，而且离心铸造主要应用在生产铸铁、铸钢件，在轻质合金方面应用很少。大量实验研究表明，镁合金晶粒组织在得到充分细化后，可以显著地提高镁合金的室温力学性能。金属型离心铸造工艺所生产的铸件中少、无夹杂和气孔、组织致密，显著地提高了铸件成品率和力学性能，达到以较少的成本生产出较多优质铸件的目标，是管件生产的主要方法。专利[CN104625003A]专利技术公开了一种离心铸造生产镁合金大型环件的方法，制备出组织致密、抗拉强度好的镁合金大型环件；专利[CN102601338A]专利技术了一种离心铸造生产大型环件的方法，运用重力系数公式确定离心模具转速等参数，制备出组织均匀，抗拉强度好的镁合金大型环件。上述研究表明离心铸造镁合金管件是可行的，但以前的研究存在一定的局限，一些研究工作是立式离心机上进行的，管件长度受到限制，不能制备长度大于10m的大型管件；而另一些卧室离心机上制备的镁合金管直径受到限制。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺点，本专利技术提供了一种大直径轻合金长管坯的制备装置和方法，该制备装置为一种卧式离心动力装置，该装置主要由离心模具、辊轮、流槽、移动小车和小车导轨组成，该制备方法采用卧式离心铸造，通过逐层凝固的方式即从外层至内层依次浇注，层与层之间实现冶金结合不能出现分层，制备出了外直径400mm-1400mm，内直径为380-1380mm，长度2m-20m的镁合金管材，铸件组织细小、组织致密，消除了宏观偏析，开创了大直径高性能镁合金长管坯制备工艺的先河。本专利技术的一种大直径轻合金长管坯的制备装置，包括离心模具、辊轮、流槽、移动小车和小车导轨；所述的离心模具为空心管材，其下方设置有辊轮，在离心模具空心内设置有流槽，流槽的另一端与移动小车相连接，移动小车上方设置有放置熔炼设备的可倾转浇注支架，移动小车的车轮下方设置有小车导轨；浇注时，熔炼设备放置于移动小车的可倾转浇注支架上，熔炼设备的垂直中心轴和流槽的水平中心轴垂直。所述的离心模具为浇注模具。所述的辊轮包括支撑辊和驱动辊，驱动辊的作用为驱动离心模具旋转，驱动辊由电机驱动，支撑模具的作用为支撑离心模具并旋转离心模具。所述的支撑辊至少为3个，驱动辊至少为1个。驱动辊和支撑辊之一设置于接近移动小车的一端，通过驱动辊带动离心模具旋转；在离心模具下方至少设置有一对支撑辊，至少有一对支撑辊设置于离心模具远离移动小车的一端。所述的流槽与移动小车相连接的方式是螺栓连接。所述的熔炼设备设置有开口，方便轻合金熔液的倾倒，将熔炼设备放置于移动小车的可倾转浇注支架时，熔炼设备的开口位于流槽的正上方。所述的轻合金具体为镁合金或铝合金，优选为镁合金。本专利技术的一种大直径轻合金长管坯的制备方法，包括以下步骤：步骤1：确定凝固速度通过计算机模拟离心铸造逐层凝固过程中温度场的变化，优化离心铸造工艺参数，确定合理的凝固速度、装置中可旋转浇注支架的角速度、装置中移动小车的车速；步骤2：配制轻合金熔液按照轻合金成分配比称量原料，熔炼，制得轻合金熔液，加热到浇注温度，保温待用；步骤3：制备管坯(1)离心模具预热对离心模具外壁进行加热，对离心模具内壁温度进行测量，当离心模具内壁温度为150℃-300℃时，开始浇注；(2)逐层浇注根据计算机仿真模拟优化后的工艺参数，将装有轻合金熔液的熔炼设备放入移动小车的可倾转浇注支架上进行浇注，轻合金熔液流入流槽中，通过流槽引导进入离心模具中进行浇注，同时，移动小车在小车导轨上移动，实现流槽在离心模具内移动，将轻合金熔液采用逐层浇注的方式浇注，最终制得大直径轻合金长管坯；其中，逐层浇注的具体方法为：离心铸造过程采用逐层浇注，以设定的大直径轻合金长管坯的外径为第一层，由外径向内径进行浇注，浇注的层数按照壁厚进行设定，浇注过程中，每层厚度L需满足L1>L2>L3>……>Li，其中，L1为第一层浇注厚度，L2为第二层浇注的厚度，L3为第三层浇注的厚度，依次类推，Li为最后一层浇注的厚度；其中，每一层浇注过程中，离心模具转速分为三个阶段：第一阶段是快速使得合金液尽快达到预设转速；第二阶段中速，当轻合金熔液充满离心模具后，轻合金熔液与离心模具旋转同步时适当降低旋转速度。第三阶段慢速，当轻合金熔液凝固完成时进一步降低转速，防止热裂的产生。所述的步骤1中，所述优化离心铸造工艺参数包括：离心模具预热温度、浇注温度、离心模具转速和浇注速度；其中，离心模具预热温度为150℃-300℃，浇注温度为650℃-850℃，离心模具转速为700r/min-1500r/min，浇注速度为4.3m3/h-8.3m3/h。所述的步骤1中，所述的计算机为采用计算机模拟仿真，模拟软件为Flow3d，根据实验方法进行建模，模拟离心铸造逐层凝固过程中温度场的变化，当温度低于固相线则认为合金完全凝固，得到凝固速度，凝固速度与离心模具预热温度和浇注温度有关系。所述的步骤1中，所述的离心模具转速的确定方法为：采用康斯坦丁诺夫公式进行计算，其公式如下：其中，n—离心模具转速(r/min)；r0—铸件内表面半径(m)；γ—液体金属重度(N/m3)；β—调整系数。所述的步骤1中，所述的浇注速度是通过控制可倾转浇注支架角速度和装置中移动小车的车速确定的。所述的步骤1中，所述的可倾转浇注支架角速度和装置中移动小车的车速采用数值模拟的方法确定。所述的步骤2中，当轻合金为镁合金时，镁合金熔液含有的成分及成分的重量百分比为：铝8.5-9.5％、锌0.45-0.9％、锰0.17-0.5％、余量为镁。所述的步骤2中，所述的熔炼，具体包括：在熔炼设备上涂抹涂料，加入轻合金原料，熔炼过程中，通保护气体防止金属氧化；当轻合金中的成分完全熔化后，加入精炼剂精炼，扒渣，静置，得到轻合金熔液。所述的步骤2中，所述的熔炼采用的设备为电阻炉，熔炼设备为铁质坩埚，所述的涂料为氧化锌与酒精的混合物；其中，按质量比，氧化锌：酒精＝1：(3～9)。当轻合金为镁合金时，所述的涂料为氧化锌、酒精和硼酸的混合物，按质量比，氧化锌：酒精：硼酸＝1:(3～9)：(1～2)，加入的硼酸能防止金属氧化。所述的步骤3(1)中，所述的对离心模具内壁温度进行测量采用的工具为测温枪。所述的步骤3(2)中，所述的逐层浇注的过程为：每一层的浇注过程为流槽出口初始位置在离心模具远离移动小车的一端，移动小车上的熔炼设备开始倾转，轻合金熔液流入流槽并沿流槽流入旋转的离心模具中，当轻合金熔液开始顺着流槽进入离心模具内时，移动小车带动流槽开始向着离心模具另一端移动。到流槽出口到达离心模具另一端时熔炼设备停止旋转，移动小车停止移动，第一层浇注完毕。移动小车带动流槽移动到第一层浇注的初始位置，准备浇注第二层。所述的步骤3(2)中，所述的移动小车为可变速小车，其中，可变速小车的车速为0.1m/s-1m/s。所述的步骤3(2)中，所述的移动小车的可倾转浇注支架的倾转角速度为0.1rad/s-1rad/s。所述的步骤3(2)中，所述的逐层浇注中，每一层浇注速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大直径轻合金长管坯的制备装置，其特征在于，该制备装置包括离心模具、辊轮、流槽、移动小车和小车导轨；所述的离心模具为空心管材，其下方设置有辊轮，在离心模具空心内设置有流槽，流槽的另一端与移动小车相连接，移动小车上方设置有放置熔炼设备的可倾转浇注支架，移动小车的车轮下方设置有小车导轨；浇注时，熔炼设备放置于移动小车的可倾转浇注支架上，熔炼设备的垂直中心轴和流槽的水平中心轴垂直。

【技术特征摘要】
1.一种大直径轻合金长管坯的制备装置，其特征在于，该制备装置包括离心模具、辊轮、流槽、移动小车和小车导轨；所述的离心模具为空心管材，其下方设置有辊轮，在离心模具空心内设置有流槽，流槽的另一端与移动小车相连接，移动小车上方设置有放置熔炼设备的可倾转浇注支架，移动小车的车轮下方设置有小车导轨；浇注时，熔炼设备放置于移动小车的可倾转浇注支架上，熔炼设备的垂直中心轴和流槽的水平中心轴垂直。2.如权利要求1所述的大直径轻合金长管坯的制备装置，其特征在于，所述的辊轮包括支撑辊和驱动辊，驱动辊由电机驱动；所述的支撑辊至少为3个，驱动辊至少为1个；驱动辊和支撑辊之一设置于接近移动小车的一端，通过驱动辊带动离心模具旋转；在离心模具下方至少设置有一对支撑辊，至少有一对支撑辊设置于离心模具远离移动小车的一端。3.如权利要求1所述的大直径轻合金长管坯的制备装置，其特征在于，所述的流槽与移动小车相连接的方式是螺栓连接；所述的熔炼设备设置有开口，方便轻合金熔液的倾倒，将熔炼设备放置于移动小车的可倾转浇注支架时，熔炼设备的开口位于流槽的正上方。4.采用权利要求1所述的装置制备大直径轻合金长管坯的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定凝固速度通过计算机模拟离心铸造逐层凝固过程中温度场的变化，优化离心铸造工艺参数，确定合理的凝固速度、装置中可旋转浇注支架的角速度、装置中移动小车的车速；步骤2：配制轻合金熔液按照轻合金成分配比称量原料，熔炼，制得轻合金熔液，加热到浇注温度，保温待用；步骤3：制备管坯(1)离心模具预热对离心模具外壁进行加热，对离心模具内壁温度进行测量，当离心模具内壁温度为150℃-300℃时，开始浇注；(2)逐层浇注根据计算机仿真模拟优化后的工艺参数，将装有轻合金熔液的熔炼设备放入移动小车的可倾转浇注支架上进行浇注，轻合金熔液流入流槽中，通过流槽引导进入离心模具中进行浇注，同时，移动小车在小车导轨上移动，实现流槽在离心模具内移动，将轻合金熔液采用逐层浇注的方式浇注，最终制得大直径轻合金长管坯；其中，逐层浇注的具体方法为：离心铸造过程采用逐层浇注，以设定的大直径轻合金长管坯的外径为第一层，由外径向内径进行浇注，浇注的层数按照壁厚进行设定，浇注过程中，每层厚度L需满足L1>L2>L3>……>Li，其中，L1为第一层浇注厚度，L2为第二层浇注的厚度，L3为第三层浇注的厚度，依次类推，Li为最后一层浇注的厚度；其中，每一层浇注过程中，离心模具转速分为三个阶段：第一阶段是快...

【专利技术属性】
技术研发人员：于宝义，朱雪峰，李润霞，郑黎，王操，于博宁，张昊，吕舒宁，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21