一种通道式金属固-液混合喷射装置及其悬浮铸造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种通道式金属固

【技术实现步骤摘要】
一种通道式金属固
‑
液混合喷射装置及其悬浮铸造方法


[0001]本专利技术涉及铸造
，具体是指一种通道式金属固
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液混合喷射装置及其悬浮铸造方法。

技术介绍

[0002]随着人类文明进步和科学技术的发展，金属材料向厚大化、高合金化方向发展的趋势明显，但这类材料在铸造成型时由于冷却速度慢，凝固时间长，往往造成内部组织粗大，偏析严重，应力集中。为解决这些难题，人们不断尝试用控制凝固过程的各种方法来提高材料内在质量和减少消除缺陷，但传统方法如采用设置冷铁已经不能完全有效地控制此类金属材料凝固过程，必须寻找新的工艺方案加以解决。
[0003]自上世纪七十年代以来，各种先进凝固控制技术不断涌现，其中通过向熔融金属添加固体颗粒形成特定悬浮液的方法能有效改善金属材料凝固过程，广受国内外科技工作者关注和青睐，基础理论研究和生产实践成果日益丰硕，前景十分广阔。目前已经形成以下几种相对成熟的技术方案：
[0004](一)悬浮铸造技术
[0005]悬浮铸造就是在浇注金属液时，将一定量的粉末材料加到金属液流中,使它与液流掺和在一起而流入铸型的一种铸造方法。在进行这种悬浮铸造时，粉末材料既不是加到浇包中，也不是直接加到铸型中，而是在浇注时加到浇注系统中。这种方法的缺点是需要设置专用浇口杯，粉末加入量不宜过多，粉末瞬时浓度无法控制，粉末易氧化漂浮，金属液容易卷渣吸气，现场操作复杂效率低。
[0006](二)半固态铸造
[0007]半固态铸造是用在特殊的冷却搅拌装置中制得的部分固态一部分液态的混合金属浆料直接或间接铸造成形的一种工艺。在进行半固态铸造时，粉末加入金属液过程中需要剧烈搅拌，金属液降温很大，最终悬浮液以糊状形式充填铸型。这种方法的缺点是需要配套专门冷却装置，机械搅拌要求高，粉末易氧化吸气，悬浮液流动性差、冲型困难，不适于常规化生产。
[0008](三)固液混合铸造
[0009]固液混合铸造是在过热的熔体中加人大量的同种合金粉末或润湿性好的异种合金粉末,在保护气氛下进行强烈地均匀搅拌获得微晶组织，然后进行铸造或各种热加工的一种材料制备工艺。在进行固液混合铸造时，粉末与金属熔体有很好的冶金结合，同时又基本上保持了粉末的快速凝固组织。这种方法的缺点是粉末加入量过大，金属液降温快，粉末不易混合均匀，混合液粘度大，晶粒大小不好控制，工业普及化率低。
[0010]除了这三种外源性方法外，还有电磁搅拌技术，自孕育技术等内源性技术以及这些技术的复合运用，所有这些新技术均能一定程度改善金属材料在凝固过程中的温度分布，细化晶粒，优化组织，提高力学性能。但无一例外均存在一些瓶颈问题，共性问题简而言之主要是粉末和金属液的混合问题，具体归纳总结有以下混合难点：
[0011]1、粉末与金属液表面的润湿和接触面积问题。粉末与金属液润湿性越好，接触面积越大，粉末和金属液混合效果越好。无论悬浮铸造，还是半固态铸造、固液混合铸造，都存在粉末与金属液混合时接触面积小、粉末侵入阻力大的问题。当粉末加入量较大或者粉末颗粒较小时，常出现粉末在金属液面的漂浮、堆积、团聚现象。
[0012]2、粉末在金属液内部的悬浮和均匀分布问题。粉末进入金属液越分散、扩散距离越短，分布越均匀，悬浮效果越好。无论悬浮铸造，还是半固态铸造、固液混合铸造，也都存在粉末在金属液中扩散距离远、分布不均匀问题。当粉末加入量较大或者粉末颗粒较小时，常出现粉末在金属液内的偏聚、搭桥、结渣现象。
[0013]3、粉末与金属液混合工艺参数的合理制定问题。粉末的加入量、颗粒大小、熔化时间与金属液的混合方式、混合温度、瞬时浓度都决定最终混合结果。无论悬浮铸造，还是半固态铸造、固液混合铸造，目前所采取的办法都是经验判断，难以取得最佳混合效果。
[0014]4、粉末与金属液混合时的氧化吸气问题。粉末比表面积较大，高温易氧化吸气，金属液裸露在空气中也易二次氧化吸气，二者在空气中混合时极易产生氧化夹渣和卷入气体，导致混合失败。
[0015]5、现有技术推广应用的自身条件限制问题。包括产品选型、成本投入、操作难易、价值贡献等综合性外围因素。

技术实现思路

[0016]本专利技术要解决的技术问题是克服上述技术的缺陷，提供一种通道式金属固
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液混合喷射装置，借助此装置，解决固液混合关键技术，实现粉末与金属液的理想混合。
[0017]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为一种通道式金属固
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液混合喷射装置，其特征在于，包括：反应器、送粉器；
[0018]所述反应器外侧周向均匀设有若干隔档仓，所述隔档仓为两层，上下所述隔档仓交错设置，所述送粉器位于隔档仓底部，所述送粉器上侧设有与送粉器相连的粉斗，所述送粉器输入端连接有惰性气体管道，所述送粉器一侧设有送粉器相连的变频电机，所述送粉器一侧设有送粉器出粉口相连的气动喷枪，所述送粉器的出口与反应器内连通；
[0019]所述反应器顶端外侧周向均匀设有若干斜孔，其中任意对称设置的两个所示斜孔安装有高温视频探头，剩余所述斜孔安装有带有气体调节阀的堵头。
[0020]作为改进，每层所述隔档仓的数量为6个，上下所述隔档仓之间相差30
°
设置。
[0021]作为改进，所述反应器顶端设有倾斜角为45
°
的斜板件，若干所述斜孔周向均匀设置于斜板件上。
[0022]作为改进，所述粉斗与送粉器连接处设有闸板。
[0023]作为改进，所述反应器内壁贴覆耐火材料。
[0024]作为改进，所述反应器形状为圆柱型，所述反应器直径为180mm，壁厚为10mm，高度为300mm。
[0025]一种铸造方法，其特征在于，包括：
[0026](1)工艺评定：根据产品性能和结构要求，从控制材料凝固过程出发，按加入属粉末在金属液中所起的激冷、孕育、合金化作用判断，并最终以加入粉末前后材料金相组织的变化作为评判依据；
[0027](2)工艺模拟：首先建立金属液圆柱坐标系下的流场数学模型，设定粉末在进入型腔前的熔化时间(粉末从加入到金属液进入型腔，一般8
‑
10秒)和金属液在进入型腔内过热热量散失(液相线)的温度作为始末条件，其次以金属液圆柱尺寸、金属液温度、金属液流速，粉末加入速度、粉末加入量、颗粒大小以及惰性气体压力等作为边界条件，得到混合过程模拟计算结果并进行后处理分析，分析三维非稳态流场和温度场特性以及铸件的凝固组织、力学性能，最后进行变工况模拟分析，获得主要工艺参数对铸件凝固组织影响的定量关系，从而优化得到粉末最佳加入量和颗粒大小以及与之对应的金属液最佳开浇温度等主要工艺参数。
[0028](3)原料制备：金属液化学成分与材料要求基本一致，也可根据粉末加入量或者粉末成分做微量调整。粉末按发挥作用和数值模拟结果确定化学成分、加入量、颗粒大小进行自制或者采购，惰性气体用气瓶或者管道通过汇流排供应，保证总气压不低于8MPa。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通道式金属固
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液混合喷射装置，其特征在于，包括：反应器(1)、送粉器(2)；所述反应器(1)外侧周向均匀设有若干隔档仓(3)，所述隔档仓(3)为两层，上下所述隔档仓(3)交错设置，所述送粉器(2)位于隔档仓(3)底部，所述送粉器(2)上侧设有与送粉器(2)相连的粉斗(4)，所述送粉器(2)输入端连接有惰性气体管道(5)，所述送粉器(2)一侧设有送粉器(2)相连的变频电机(6)，所述送粉器(2)一侧设有送粉器(2)出粉口相连的气动喷枪(7)，所述送粉器(2)的出口与反应器(1)内连通；所述反应器(1)顶端外侧周向均匀设有若干斜孔(8)，其中任意对称设置的两个所示斜孔(8)安装有高温视频探头(9)，剩余所述斜孔(8)安装有带有气体调节阀的堵头(10)。2.根据权利要求1所述的一种通道式金属固
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液混合喷射装置，其特征在于：每层所述隔档仓(3)的数量为6个，上下所述隔档仓(3)之间相差30
°
设置。3.根据权利要求1所述的一种通道式金属固
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液混合喷射装置，其特征在于：所述反应器(1)顶端设有倾斜角为45
°
的斜板件(11)，若干所述斜孔(8)周向均匀设置于斜板件(11)上。4.根据权利要求1所述的一种通道式金属固
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液混合喷射装置，其特征在于：所述粉斗(4)与送粉器(2)连接处设有闸板(12)。5.根据权利要求1所述的一种通道式金属固
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液混合喷射装置，其特征在于：所述反应器(1)内壁贴覆耐火材料。6.根据权利要求1所述的一种通道式金属固
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液混合喷射装置，其特征在于：所述反应器(1)形状为圆柱型，所述反应器(1)直径为180mm，壁厚为10mm，高度为300mm。7.一种悬浮铸造方法，其特征在于，包括：(1)工艺评定：根据产品性能和结构要求，从控制金属材料凝固过程出发，按加入粉末在金属液中所起的激冷、孕育、合金化作用判断，并最终以加入粉末前后材料金相组织的变化作为评判依据；(2)工艺模拟：首先建立金属液圆柱坐标系下的流场数学模型，设定粉末在进入型腔前的熔化时间(粉末从加入到金属液进入型腔，一般8
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10秒)和金属液在进入型腔内过热...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡克潮，张三霞，胡凌云，
申请(专利权)人：胡克潮，
类型：发明
国别省市：