冷坩埚感应熔炼-压铸装置及制备块体非晶材料的方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种冷坩埚感应熔炼‑压铸装置，包括真空熔炼室，真空熔炼室中设置有水冷铜坩埚；水冷铜坩埚的外壁环绕设有感应线圈；水冷铜坩埚的底部设有坩埚底；坩埚底下面设有推杆，推杆通过真空密封穿过真空熔炼室的底部与驱动机构相结合；水冷铜坩埚上面设有炮筒，炮筒上面设有模具室。本发明专利技术还公开了利用该装置制备块体非晶材料的方法。本发明专利技术的坩埚、炮筒和模具室紧凑结合，没有间隔；制备金属块体非晶材料时，坩埚底强制地将金属熔池压入模具，液态金属的行程短，阻力小，所以温降少，流动性高，填充性好，提高了铸件的质量和成材率，降低了金属液在炮筒中发生局部凝固的可能性，减少了在压铸过程中发生卡堵的故障率，提高了设备的寿命和生产效率。

【技术实现步骤摘要】
冷坩埚感应熔炼-压铸装置及制备块体非晶材料的方法
本专利技术涉及一种冷坩埚感应熔炼-压铸装置，及利用该装置制备块体非晶材料的方法，为在冷坩埚真空感应熔炼条件实现金属块体非晶材料压力铸造的技术，属于金属熔炼和铸造的

技术介绍
非晶金属材料具有晶态金属材料所不具备的特殊的性能，例如特别高的力学性能、电学性能或磁学性能等，这类材料已经有几十年的开发历史了。在传统非晶材料的基础上，最近又开发了金属块体非晶材料，这是一种能在截面线尺寸达到几毫米的条件下保持非晶组织的材料。金属块体非晶材料的开发，使非晶材料的实际应用领域得到了扩展。获得块体非晶组织有三个技术条件：1)具有促进非晶组织形成的成分条件；2)基体纯度高，杂质含量低——杂质是液态金属结晶的非自发形核核心；3)在足够高的冷却速度下凝固。一些重要的金属块体非晶材料是以活泼金属或难熔金属为基体的，例如，锆基非晶材料、稀土基非晶材料、钛基非晶材料，等等。冷坩埚真空感应熔炼技术(或者称为“真空悬浮熔炼技术”)是熔炼活泼金属和难熔金属最理想的手段，这种技术几乎完全排除了气体杂质和坩埚材料对金属基体的污染，这对于保证非晶组织特别重要。压力铸造能使液态金属获得很高的冷却速度，它是制造金属块体非晶器件最重要的手段之一。在冷坩埚真空感应熔炼的条件下，可以采用的压力铸造技术包括：其一，将液态金属倾铸进入压力铸造机的炮筒，然后用推杆将金属液压入模具室；其二，使液态金属通过冷坩埚底部的底铸口注入压力铸造机的炮筒，然后用推杆将金属液压入模具室，等等。前一种技术需要比较大的熔炼室，后一种技术需要为底铸口配备配合很精密的坩埚塞。在这两种技术中金属液都是依靠自重注入炮筒的，所以在铸造过程中有明显降温，这对铸造过程产生了不利的影响：其一，金属液不能向模具完全填充，使铸件产生缺欠；其二，部分金属液在炮筒中凝固，这些金属残料阻碍下一炉次的压铸过程；其三，金属液在流动过程中，温度产生不均匀的降低，导致模具冷却过程收缩不均匀而产生缝隙。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供了一种冷坩埚感应熔炼-压铸装置，及利用该装置制备块体非晶材料的方法。本专利技术的目的是发展在冷坩埚感应熔炼的装置中实现压力铸造的新方法，该方法具有装置结构简单，液态金属进入压力铸造机的行程短，温降少，温度变化均匀，控制灵敏，铸模具冷却速度快等优点。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种冷坩埚感应熔炼-压铸装置，包括真空熔炼室，所述真空熔炼室中设置有分瓣式的水冷铜坩埚，所述水冷铜坩埚呈圆筒状，两端开口，水冷铜坩埚的分瓣结构内设置有螺旋状冷却水路，不同分瓣结构中的螺旋状冷却水路在水冷铜坩埚不分瓣部分依次连通；所述水冷铜坩埚的外壁环绕设有向坩埚输送电磁场的感应线圈，所述感应线圈内设置有冷却水路，且通过真空密封结构与真空熔炼室外面的感应电源相结合；所述水冷铜坩埚的底部设有坩埚底，坩埚底的外径与水冷铜坩埚的内径匹配，坩埚底可在坩埚和炮筒中轻松地移动，实际起活塞头的作用，向上移动时把金属熔池推向坩埚的上方；所述坩埚底具有与水冷铜坩埚相同或相似的分瓣结构，(如此设置的目的是：保证电磁场能从坩埚的下方进入坩埚，使坩埚底部的金属充分熔化)，坩埚底的每一分瓣结构中设有S形冷却水路，不同分瓣结构中的冷却水路依次连通；所述坩埚底下面设有推杆，推杆通过真空密封穿过真空熔炼室的底部与驱动机构相结合，驱动机构可以驱动推杆带动坩埚底在坩埚和炮筒内快速地上下移动；推杆中设置有冷却水路，与坩埚底内设置的冷却水路接通；所述水冷铜坩埚上面设有炮筒，炮筒上面设有模具室，或：所述水冷铜坩埚上面设有模具室(对于不需要采用很大压力的压力铸造过程，可采用这种不设炮筒的方式，这种情况下，坩埚上部不分瓣的部分起到炮筒的作用)；所述炮筒与水冷铜坩埚密切结合，与水冷铜坩埚有相同轴线和相同内径；所述模具室与炮筒或水冷铜坩埚密切结合；所述模具室内设有冷却水路；所述真空熔炼室连接有可为熔炼室提供产生真空气氛的真空装置或系统；所述真空熔炼室连接有可为熔炼室提供产生惰性气体气氛的惰性气体充入装置或系统；优选的，所述惰性气体为氩气。进一步地，所述水冷铜坩埚沿着轴线有相同的内径。进一步地，所述水冷铜坩埚的上段不分瓣，目的是增加坩埚的刚度以便承受铸造压力，上段不分瓣的高度为坩埚总高度的1/20～1/3。进一步地，所述感应线圈为水冷紫铜感应线圈。进一步地，所述坩埚上口到感应圈的高度为坩埚总高度的1/10～1/2，如此设置的目的是：使得炮筒的位置离感应线圈有一段距离，可防止电磁场在炮筒处形成涡流，损耗能量。进一步地，所述坩埚底的上表面为凹形曲面或圆锥面，如此设置的目的是：使坩埚底部的液态金属能在悬浮力的作用下脱离坩埚底。进一步地，所述坩埚底的分瓣结构中的S形冷却水路与坩埚底上表面的凹形曲面或圆锥面贴合，整体为凹形曲面或圆锥面结构。进一步地，所述坩埚底的材质选自不锈钢、高温合金、难熔金属/合金，比如紫铜；具体应用时，根据被熔炼的金属材料的熔点选择合适的金属材料，原则是应该耐受被熔炼的材料的液态金属的侵蚀。进一步地，所述驱动机构是推动推杆和坩埚底的动力装置，其驱动方式选自手动、电动、气动、液压等，优选油压，油压驱动装置产生的推力大，容易控制。进一步地，所述炮筒的高度为坩埚高度的0.1～1.0倍，优选0.2～0.5倍，如此设置的目的是：使金属液能尽快进入模具室。进一步地，所述炮筒的材质选自不锈钢、高温合金、难熔金属/合金；具体应用时，根据被熔炼的金属材料的熔点选择合适的金属材料，使炮筒具有足够高的强度和刚度，原则是应该耐受被熔炼的材料的液态金属的侵蚀。进一步地，所述炮筒外壁设有用于加热的电阻丝或感应线圈，如此设置的目的是：可以对炮筒加热，以减少液态金属在经过炮筒的过程中的降温，最好保证炮筒温度不低于300℃，比被熔炼的材料的熔点低200℃以上；设在水冷铜坩埚外的感应线圈实际上对炮筒也有一定的加热作用。进一步地，所述模具室的形状和尺寸按照对铸件的形状和尺寸的要求设计；对于小铸件或薄铸件，可以在模具室上设置或安装多个小模具腔，一次铸造多个铸件；模具室大多用金属材料制作；为了获得高冷却速度，加快液态金属的冷却速度，最好使用水冷紫铜模具。本专利技术的冷坩埚感应熔炼-压铸装置，所用坩埚与普通冷坩埚感应熔炼的坩埚相比，主要有两个差别：一，坩埚的高度增大，使炮筒的位置离开感应圈一段距离，防止电磁场在炮筒处形成涡流损耗能量；二，坩埚的上端不分瓣，目的是增加坩埚的刚度以便承受铸造压力。本专利技术的冷坩埚感应熔炼-压铸装置的核心部件是由坩埚底、推杆、驱动机构、炮筒和模具室组成的压力铸造装置。利用上述冷坩埚感应熔炼-压铸装置制备块体非晶材料的方法，包括以下步骤：(1)在开始熔炼之前，将水冷铜坩埚、坩埚底、模具室、感应线圈中的冷却水路与真空熔炼室外面的冷却系统接通，向水冷铜坩埚、坩埚底、模具室、感应线圈通入冷却水；(2)开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷坩埚感应熔炼-压铸装置，其特征在于：包括真空熔炼室，所述真空熔炼室中设置有分瓣式的水冷铜坩埚，所述水冷铜坩埚呈圆筒状，两端开口；/n所述水冷铜坩埚的所述外壁环绕设有向坩埚输送电磁场的感应线圈，感应线圈通过真空密封结构与真空熔炼室外面的感应电源相结合；/n所述水冷铜坩埚的底部设有坩埚底，坩埚底的外径与水冷铜坩埚的内径匹配；所述坩埚底具有与水冷铜坩埚相同或相似的分瓣结构，分瓣结构中均设有冷却水路，不同分瓣结构中的冷却水路依次连通；/n所述坩埚底下面设有推杆，推杆通过真空密封穿过真空熔炼室的底部与驱动机构相结合；推杆中设置有冷却水路，与坩埚底内设置的冷却水路接通；/n所述水冷铜坩埚上面设有炮筒，炮筒上面设有模具室，或：所述水冷铜坩埚上面设有模具室；/n所述炮筒与水冷铜坩埚密切结合，与水冷铜坩埚有相同轴线和相同内径；/n所述模具室与炮筒或水冷铜坩埚密切结合；/n所述模具室、感应线圈均设有冷却水路；/n所述真空熔炼室连接有可为真空熔炼室提供产生真空气氛的真空装置或系统；/n所述真空熔炼室连接有可为熔炼室提供产生惰性气体气氛的惰性气体充入装置或系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种冷坩埚感应熔炼-压铸装置，其特征在于：包括真空熔炼室，所述真空熔炼室中设置有分瓣式的水冷铜坩埚，所述水冷铜坩埚呈圆筒状，两端开口；
所述水冷铜坩埚的所述外壁环绕设有向坩埚输送电磁场的感应线圈，感应线圈通过真空密封结构与真空熔炼室外面的感应电源相结合；
所述水冷铜坩埚的底部设有坩埚底，坩埚底的外径与水冷铜坩埚的内径匹配；所述坩埚底具有与水冷铜坩埚相同或相似的分瓣结构，分瓣结构中均设有冷却水路，不同分瓣结构中的冷却水路依次连通；
所述坩埚底下面设有推杆，推杆通过真空密封穿过真空熔炼室的底部与驱动机构相结合；推杆中设置有冷却水路，与坩埚底内设置的冷却水路接通；
所述水冷铜坩埚上面设有炮筒，炮筒上面设有模具室，或：所述水冷铜坩埚上面设有模具室；
所述炮筒与水冷铜坩埚密切结合，与水冷铜坩埚有相同轴线和相同内径；
所述模具室与炮筒或水冷铜坩埚密切结合；
所述模具室、感应线圈均设有冷却水路；
所述真空熔炼室连接有可为真空熔炼室提供产生真空气氛的真空装置或系统；
所述真空熔炼室连接有可为熔炼室提供产生惰性气体气氛的惰性气体充入装置或系统。


2.根据权利要求1所述的冷坩埚感应熔炼-压铸装置，其特征在于：所述水冷铜坩埚的上段不分瓣，上段不分瓣的高度为坩埚总高度的1/20～1/3。


3.根据权利要求1所述的冷坩埚感应熔炼-压铸装置，其特征在于：所述坩埚上口到感应线圈的高度为坩埚总高度的1/10～1/2。


4.根据权利要求1所述的冷坩埚感应熔炼-压铸装置，其特征在于：所述坩埚底的上表面为凹形曲面或圆锥面。


5.根据权利要求1所述的冷坩埚感应熔炼-压铸装置，其特征在于：所述驱动机构的驱动方式为手动、电动、气动或液压。


6.根据权利要求1所述的冷坩埚感应熔炼-压铸装置，其特征在于：所述炮筒的高度为坩埚高度的0.1～1.0倍。


7.根据权利要求1所述的冷坩埚...

【专利技术属性】
技术研发人员：李碚，李佳，李庚，
申请(专利权)人：李碚，
类型：发明
国别省市：陕西;61