一种液态金属加热定向凝固装置及铸造方法制造方法及图纸

一种液态金属加热定向凝固装置，包括冷室及热室、升降装置、模壳，所述模壳上部为敞口，在所述敞口处设置有激冷盘，所述冷室设置于热室的上方；所述热室为液态金属熔池；所述热室与冷室之间设置有隔热层；所述模壳穿过隔热层设置于热室中；在所述冷室内设置有多个喷射冷却介质的喷嘴，所述喷嘴环绕所述模壳设置；所述升降装置设置于激冷盘上方。在消除高温合金定向和单晶铸件中普遍存在的雀斑缺陷的同时，由于利用传导和对流的方式代替了传统工艺中的辐射方式进行加热和冷却，换热效率和温度梯度大大提高，为生产高质量的定向和单晶铸件创造了良好条件。

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属加热定向凝固装置及铸造方法
本专利技术涉及熔模精密铸造技术，更具体的是涉及一种液态金属加热定向凝固装置及铸造方法。
技术介绍
现有高温合金的定向凝固设备和工艺存在两个明显缺点，一是模壳在加热室的加热和在冷却室的散热都是通过辐射的方式进行，效率很低，造成温度梯度小，铸态组织粗大等缺点。二是模壳向下抽拉，而铸件向上进行定向凝固，与重力方向相反，导致雀斑缺陷的生成。人们曾在冷室中利用液态金属冷却即LMC法(LiquidMetalKooling,)代替辐射来冷却模壳，但在热室中模壳的加热方式仍为辐射。而且凝固方向仍为向上的逆重力方向，所以雀斑问题依然存在。本专利技术人曾专利技术了一种模壳提升式的定向凝固设备和铸造方法(CN202010736374.5)，凝固方向与重力方向一致，使得雀斑问题基本得到解决。但是加热和散热方式仍为效率很低的辐射换热，使得温度梯度和冷却速率都很低。本申请在此基础上做了进一步改进，增添了传导和对流的方式进行加热和冷却，使得换热效率大大提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供一种液态金属加热定向凝固装置及铸造方法，解决加热和散热方式为效率很低的辐射换热问题，提高温度梯度和冷却速率。针对上述技术问题，本专利技术提出了一种液态金属加热定向凝固装置，包括冷室及热室、升降装置、模壳，所述模壳上部为敞口，在所述敞口处设置有激冷盘，所述冷室设置于热室的上方；所述热室为液态金属熔池；所述热室与冷室之间设置有隔热层；所述模壳穿过隔热层设置于热室中；在所述冷室内设置有多个喷射冷却介质的喷嘴，所述喷嘴环绕所述模壳设置。优选的，所述升降装置设置于激冷盘上方。优选的，所述热室包括坩埚、及设置于坩埚内的液态金属，所述液体金属为Al合金。优选的，所述隔热层为柔性隔热材料，隔热层厚度为5至30mm；隔热层材料可为空心陶瓷球，直径为1至5mm，也可为液态保护渣。优选的，所述冷却介质为氩气。优选的，所述激冷盘为水冷铜盘结构。优选的，在激冷盘下方设置有选晶器，使得多晶定向凝固变成单晶定向凝固。优选的，所述模壳的浇道为直浇道，所述直浇道设于所述模壳一侧，在底部与所述模壳的型腔连通，所述直浇道外周包裹有保温材料。本专利技术同时还提供一种基于上述液态金属加热定向凝固装置的定向凝固铸造的方法，其特征在于，包括步骤：S1：对热室进行加热至预定温度，使热室形成液态金属熔池，在液体金属熔池上设置隔热层；S2：通过升降装置将连接在激冷盘上的模壳降入液态金属熔池中，调整液体金属熔池温度将模壳预热到设定温度，使模壳内外温度达到均匀；S3：将高温合金熔液通过模壳的浇道浇入模壳内，使模壳内高温合金熔液上升与激冷盘接触形成激冷层；S4：通过升降装置将模壳以设定速度提升，穿过隔热层升入冷室；优选的，设定速度为1-6mm/min。S5：提升模壳的同时通过喷嘴将冷却介质喷向升出的模壳表面，对模壳和里面的高温合金进行强制冷却；模壳内的高温合金液体实现由上向下的顺重力定向凝固。优选的，所述步骤S1中预定温度为700℃至1500℃。优选的，所述步骤S2中设定温度≥1500℃。优选的，所述步骤S3中，所述模壳的浇道为直浇道，所述直浇道设于所述模壳一侧与所述模壳底部连通，浇注时所述高温合金熔液从所述模壳的底部进入模壳内，所述直浇道外周包裹有保温材料。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术热室为液态金属熔池，冷却方式采用喷嘴将冷却介质喷向升出的模壳表面，对模壳和里面的高温合金进行强制冷却，使得模壳内的高温合金液体实现由上向下的顺重力定向凝固。在消除高温合金定向和单晶铸件中普遍存在的雀斑缺陷的同时，由于利用传导和对流的方式代替了传统工艺中的辐射方式进行加热和冷却，换热效率和温度梯度大大提高，为生产高质量的定向和单晶铸件创造了良好条件。附图说明图1为本专利技术的设备及工艺示意图，模壳11内刚浇注完高温合金熔液，上表面在激冷盘8的作用下形成激冷层10。图2为模壳由热室13升入冷室14时，金属液由上向下进行顺重力凝固的过程，图中15表示模壳提升方向、16表示铸件的凝固部分、17表示铸件中凝固界面、18表示铸件中凝固方向。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。实施例一如图1及图2所示，本专利技术提供一种液态金属加热定向凝固装置，包括冷室14及热室13，升降装置7、模壳11，所述模壳11上部为敞口，在所述敞口处设置有激冷盘8进行封盖，所述冷室14设置于热室13的上方，所述升降装置7设置于激冷盘8的上方。在热室13与冷室14之间设置有隔热层2，所述模壳11穿过隔热层2设置于热室13中。在所述冷室14内设置有多个喷射冷却介质的喷嘴9，所述喷嘴9环绕所述模壳11设置，所述冷却介质为氩气。提升模壳11的同时通过喷嘴9向模壳11喷射氩气进行冷却，使散热效率大大提高，凝固界面17低于隔热层2，温度梯度大大提高。本实施例中，所述热室13为液态金属熔池，热室13包括坩埚6及内部的液体金属5，该液态金属材料为Al合金。本实施例中，所述隔热层2为柔性隔热材料，隔热层2厚度设置为5至30mm，材料可为空心陶瓷球，直径为1至5mm。另外，隔热层2也可采用液态保护渣。本实施例中，所述激冷盘8为水冷铜盘结构，封盖于模壳11上端的敞口上。本实施例中，所述模壳11的浇道为直浇道3，在直浇道的上部设置有浇口杯1，该直浇道3设于所述模壳11一侧，在底部与所述模壳11的型腔连通，所述直浇道3外周包裹有保温材料4。保温材料4可采用陶瓷棉或碳毡。凝固过程中直浇道3中的高温合金熔液持续对铸件中的凝固收缩进行补缩，防止了缩松产生，另外，正是由于包裹了保温材料4，导致散热和凝固缓慢，液面高于型腔中的液面，直到整个模壳11穿过隔热层2升入冷室14，模壳11内的金属液全部凝固，最终得到无雀斑缺陷的定向凝固铸件。另外，本实施例中可在激冷盘8下方设置选晶器(图中未示出)，使得多晶定向凝固变成单晶定向凝固。在本实施例中，热室13为液态金属熔池，冷却方式采用喷嘴9将冷却介质喷向升出的模壳11表面，对模壳11和里面的高温合金进行强制冷却，使得模壳11内的高温合金液体实现由上向下的顺重力定向凝固。在消除高温合金定向和单晶铸件中普遍存在的雀斑缺陷的同时，由于利用传导和对流的方式代替了传统工艺中的辐射方式进行加热和冷却，换热效率和温度梯度大大提高，实施例二本专利技术同时还提供一种基于实施例一述液态金属加热定向凝固装置的定向凝固铸造的方法，参考图1及图2，包括步骤：S1：在热室13的坩埚6中加满Al合金料，通过感应或电阻式加热器进行加热至熔化形成液体金属5，并补充Al合金料使得液体金属5的上表面接近坩埚6的上沿，距离为10到50mm，形成液态金属熔池，温度保持在700℃至1500℃；在液体金属熔池上设置隔热层2，隔热层厚度为5到30mm，隔热层2材料可为空心陶瓷球，直径为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液态金属加热定向凝固装置，包括冷室及热室、升降装置、模壳，所述模壳上部为敞口，在所述敞口处设置有激冷盘，所述冷室设置于热室的上方，其特征在于，/n所述热室为液态金属熔池；/n所述热室与冷室之间设置有隔热层；所述模壳穿过隔热层设置于热室中；/n在所述冷室内设置有多个喷射冷却介质的喷嘴，所述喷嘴环绕所述模壳设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种液态金属加热定向凝固装置，包括冷室及热室、升降装置、模壳，所述模壳上部为敞口，在所述敞口处设置有激冷盘，所述冷室设置于热室的上方，其特征在于，
所述热室为液态金属熔池；
所述热室与冷室之间设置有隔热层；所述模壳穿过隔热层设置于热室中；
在所述冷室内设置有多个喷射冷却介质的喷嘴，所述喷嘴环绕所述模壳设置。


2.按照权利要求1所述的液态金属加热定向凝固装置，其特征在于，所述热室包括坩埚及设置于坩埚内的液态金属，所述液体金属为Al合金。


3.按照权利要求1所述的液态金属加热定向凝固装置，其特征在于，所述隔热层为柔性隔热材料，柔性隔热材料为空心陶瓷球或液态保护渣。


4.按照权利要求1所述的液态金属加热定向凝固装置，其特征在于，所述冷却介质为氩气。


5.按照权利要求1所述的液态金属加热定向凝固装置，其特征在于，在激冷盘下方设置有选晶器。


6.按照权利要求1所述的液态金属加热定向凝固装置，其特征在于，所述模壳的浇道为直浇道，所述直浇道设于所述模壳一侧，在底部与所述模壳的型腔连通。


7.一种基于如权利要求1所述液态金属加热定向凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：马德新，王富，徐维台，
申请(专利权)人：深圳市万泽中南研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44