本发明专利技术提供一种在悬浮熔炼设备中配备挤压铸造装置和实现悬浮熔炼‑挤压铸造的方法，包括悬浮熔炼设备和挤压铸造装置，挤压铸造装置包括模具装置压机装置，通过模具装置中的模具、压杆和压头，对液态物料进行挤压。在压力作用下凝固时，物料中一旦出现微裂纹，高温物料在压力作用下能即使进行填充以发生“焊合”使微裂纹被消除。本发明专利技术可以对熔炼得到的液态物料在铸造后直接施加压力，获得无铸造缺欠高致密度的优质铸造产品，适合于制备高端金属材料的坯料，特别适合于在高温下具有脆性的难以施加热加工处理的高端金属材料。
【技术实现步骤摘要】
悬浮熔炼设备配备的挤压铸造装置和悬浮熔炼-挤压铸造的方法
本专利技术涉及一种悬浮熔炼设备配备的挤压铸造装置和实现悬浮熔炼-挤压铸造的方法，具体为一种在真空电磁悬浮熔炼过程采用挤压铸造技术获得产品的技术，属于金属和合金的熔炼和铸造
技术介绍
真空电磁悬浮熔炼技术(以下简称“悬浮熔炼”)是一种先进的材料制备技术，这种技术特别适合于熔炼活泼金属和合金、难熔金属和合金以及高纯和超纯金属和合金。可是，在悬浮熔炼之后利用重力铸造制备的铸造材料可能会产生缩孔、孔隙、裂纹等缺欠，而且晶粒比较粗大。虽然通过对铸锭进行热加工和热处理可以部分地消除铸造缺欠，也能使晶粒细化，可是这增加了制造工序，提高了制造成本，而且一些在高温下缺乏塑性的材料无法接受热加工。所以，在很多情况下，不得不采用粉末冶金技术生产金属和合金产品。但是，粉末冶金技术的工艺流程比较长，产品的致密性不理想，材料中的氧含量比较高，这是一些高端的材料产品所不期望的结果。例如广泛应用于薄膜技术的靶材产品，它们对材料的致密度要求很高，对氧含量的要求很严格。现有的专利ZL201721135724.2提供一种定向结晶炉熔炼装置，其在传统的炉型熔炼系统上引入了下感应线圈与冷凝装置，可以细致的对金属液态的凝固过程进行控制，精确的调整各部分温度场的分布，从而实现定向凝固，消除了横向晶界，以避免是裂纹产生和扩展。尽管设置有下感应线圈与冷凝装置，减弱了温度降低的不均匀性，但是，液态物料在冷凝过程中位于边界处和中心处的物料温度差依然存在，无法完全避免收缩的不均匀导致锁孔或者裂隙的产生。同样的，现有的专利申请201210443791.6公开一种连续悬浮式冷坩埚定向凝固铸造装置，其同样通过设置上下两个感应线圈，以进行顺序填充和定向凝固，能够在一定程度上减弱微孔的产生，但是其效果同样较差，难以满足高质量合金的需求。因此，提供一种在悬浮熔炼设备中直接获得具有材质优异的高端产品的铸造装置及方法是当前急需解决的难题之一是遍期望实现的目标。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术的目的在于提供一种悬浮熔炼设备配备的挤压铸造装置和实现悬浮熔炼-挤压铸造的方法，使经过悬浮熔炼注入模具的金属液在压力作用下凝固成型，形成材质优良的铸造坯料。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种悬浮熔炼设备配备的挤压铸造装置，包括悬浮熔炼设备和挤压铸造装置，悬浮熔炼设备包括水冷铜坩埚、模具、感应圈、真空炉体、真空机组、感应电源、冷却系统和控制系统，水冷铜坩埚安装在真空炉体内，模具放置在水冷铜坩埚的前面，挤压铸造装置包括模具装置，模具装置包括模具、位于模具上方的压杆和安装在压杆上的压头，压头形状和尺寸与模具的口径配合，挤压铸造装置包括从模具装置上方加压的模式和从模具装置下方加压的模式。进一步的，从模具装置上方加压的模式中，模具包括模具筒和模具底，模具底的下面安装有压力传感器进一步的，模具筒的上端面的内口放置一块模具盖，模具盖的中心设置有铸造口且边缘装有小的薄片，模具盖通过薄片担在模具筒的上口，压头中心设有与铸造口匹配柱状凸起。进一步的，模具筒的上端面固定安装模具盖，模具盖的中心向上设置直径小于模具筒内径并且与模具筒的内部相连通的铸造筒，压头与铸造筒的口径配合，或者压头设置有柱状凸起，柱状凸起与铸造筒的口径配合。进一步的，从模具装置下方加压的模式中，模具包括模具筒、模具底和模具盖，模具底以可以沿模具筒的内壁上下移动的方式嵌装在模具筒内，压杆和压头设置在模具的下方，其中压头顶在模具底的底面上，模具盖与模具筒为分体结构。进一步的，模具盖下表面的中心设置有向下的柱状凸起，和/或者模具底的上表面的中心设置向上的柱状凸起。进一步的，模具底的中心向下设置直径小于模具筒内径并且与模具筒的内部相连通的铸造筒，压头与铸造筒的口径配合，或者压头设置有柱状凸起，柱状凸起与铸造筒的口径配合。进一步的，模具筒的周围设置有模具加热器和模具保温装置，和/或铸造筒的外面设置有铸造筒加热器和铸造筒保温装置。一种悬浮熔炼-挤压铸造的方法，用于挤压铸造装置，其特征在于包括如下工艺步骤：步骤1，模具和压头准备：在熔炼工作开始前，将模具、压头和压杆清洁、干燥、安装定位，在模具和压头的接触液态物料的表面制备涂料；步骤2，熔炼和物料入模：在熔炼开始前，对真空炉体抽真空或者抽真空后充入氩气，在真空条件下或在充氩气氛中，之后感应电源产生的高频电流输入到感应圈中，感应圈产生的高频电磁场加热和熔化水冷铜坩埚中的物料，将液态物料注入模具中；步骤3，挤压过程：液态物料注入模具之后，立即启动压杆，使压头与模具接触且压杆停止移动，当液态物料的温度降低到物料的固相线与液相线之间的温度后立即施加压力，保持施加压力至物料完全凝固，保压过程结束后，将压杆和压头回位，卸除模具上的压力；步骤4，冷却过程：按照预设的程序使物料降温。进一步的，压杆停止移动以模具下面的压力传感器感觉到有压力出现为信号。本专利技术的有益效果是：1)通过压杆和压头对液态物料的挤压，可以使经过悬浮熔炼的物料在铸造过程中在压力作用下凝固，排除凝固过程中在材料中可能出现的缩孔、孔隙、疏松和裂纹等铸造缺欠。2)在模具和/或铸造筒的周围设置模具加热器和保温装置或者铸造筒加热器和铸造筒保温装置，防止注入模具的液态物料过快地冷却凝固，影响挤压铸造的效果。3)一些脆性材料在凝固过程中由于热应力会形成裂纹。而在压力作用下凝固时，材料中一旦出现微裂纹，高温物料在压力作用下能发生焊合使微裂纹被消除，因此本专利技术特别适合于在高温下具有脆性的难以施加热加工处理的高端金属材料，熔炼后直接获得具有优良材质的产品坯料，例如溅射靶材。4)铸造筒的设置使压头下面区域的物料受到的压应力增大了几倍，对于提高铸造材料的材质具有明显的作用。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为悬浮熔炼设备的结构组成。图2为第一种设计模式的第一种模具装置的设计方式。图3为第一种设计模式的第二种模具装置的设计方式。图4为第一种设计模式的第三种模具装置的设计方式。图5为第一种设计模式的第三种模具装置的设计方式下的受力分析。图6为第二种设计模式的第一种模具装置的设计方式。图7为第二种设计模式的第二种模具装置的设计方式。图8为第二种设计模式的第三种模具装置的设计方式。图9为第一种设计模式的压机装置的设计方式。图10为第二种设计模式的压机装置的设计方式。图11为在第二种设计模式的条件下，模具盖的移动和固定方式。其中，1-水冷铜坩埚、2-模具、3-感应圈、4-真空炉体、5-真空机组、6-感应电源、7-冷却系统、8-控本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种悬浮熔炼设备配备的挤压铸造装置，包括悬浮熔炼设备和挤压铸造装置，所述悬浮熔炼设备包括水冷铜坩埚(1)、模具(2)、感应圈(3)、真空炉体(4)、真空机组(5)、感应电源(6)、冷却系统(7)和控制系统(8)，所述水冷铜坩埚(1)安装在真空炉体(4)内，所述模具(2)放置在水冷铜坩埚(1)的前面，其特征在于：所述挤压铸造装置包括模具装置，所述模具装置包括模具(2)、位于模具(2)上方的压杆(11)和安装在压杆(11)上的压头(12)，所述压头(12)形状和尺寸与模具(2)的口径配合，所述挤压铸造装置包括从模具装置上方加压的模式和从模具装置下方加压的模式。/n
【技术特征摘要】
1.一种悬浮熔炼设备配备的挤压铸造装置，包括悬浮熔炼设备和挤压铸造装置，所述悬浮熔炼设备包括水冷铜坩埚(1)、模具(2)、感应圈(3)、真空炉体(4)、真空机组(5)、感应电源(6)、冷却系统(7)和控制系统(8)，所述水冷铜坩埚(1)安装在真空炉体(4)内，所述模具(2)放置在水冷铜坩埚(1)的前面，其特征在于：所述挤压铸造装置包括模具装置，所述模具装置包括模具(2)、位于模具(2)上方的压杆(11)和安装在压杆(11)上的压头(12)，所述压头(12)形状和尺寸与模具(2)的口径配合，所述挤压铸造装置包括从模具装置上方加压的模式和从模具装置下方加压的模式。
2.根据权利要求1所述的挤压铸造装置，其特征在于：所述从模具装置上方加压的模式中，所述模具(2)包括模具筒(9)和模具底(10)，所述模具底(10)的下面安装有压力传感器(14)。
3.根据权利要求2所述的挤压铸造装置，其特征在于：所述模具筒(9)的上端面的内口放置一块模具盖(17)，所述模具盖(17)的中心设置有铸造口(18)且边缘装有小的薄片(19)，所述模具盖(17)通过薄片(19)担在模具筒(9)的上口，所述压头(12)中心设有与铸造口(18)匹配柱状凸起(20)。
4.根据权利要求2所述的挤压铸造装置，其特征在于：所述模具筒(9)的上端面固定安装模具盖(17)，所述模具盖(17)的中心向上设置直径小于模具筒(9)内径并且与模具筒(9)的内部相连通的铸造筒(21)，所述压头(12)与铸造筒(21)的口径配合，或者所述压头(12)设置有柱状凸起(20)，柱状凸起(20)与铸造筒(21)的口径配合。
5.根据权利要求1所述的挤压铸造装置，其特征在于：所述从模具装置下方加压的模式中，所述模具(2)包括模具筒(9)、模具底(10)和模具盖(17)，所述模具底(10)以可以沿模具筒(9)的内壁上下移动的方式嵌装在模具筒(9)内，所述压杆(11)和压头(12)设置在模具(2)的下方，其中压头(12)顶在模具底(10)的底面上，所述模具盖(17)与模具筒9为分体结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：李碚，
申请(专利权)人：李碚，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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