一种Ni基合金管的离心铸造模具及离心铸造方法技术

本发明专利技术公开了一种Ni基合金管的离心铸造模具，包括模具组件，包裹在所述模具组件外侧的钢包套组件；所述模具组件包括上模具和下模具，以及设置于上模具和下模具之间的中模具；所述中模具为管状结构，上模具和下模具沿中模具的轴向分别设置于中模具的上下两侧，所述中模具和下模具可拆卸且密封连接，中模具和上模具可拆卸且密封连接，所述上模具中部开设有第一通孔，所述第一通孔与中模具连通；所述钢包套组件外侧设置有加热外壳。另外，本发明专利技术还公开了采用该离心铸造模具离心铸造Ni基合金管的方法。本发明专利技术的铸造模具和方法可实现Ni基合金管的高度可控、可消除缩孔、缩松等铸造缺陷，大大降低合金化学成分偏析问题，提高生产效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种Ni基合金管的离心铸造模具及离心铸造方法


[0001]本专利技术属于合金管材制备
，具体涉及一种Ni基合金管的离心铸造模具及离心铸造方法。

技术介绍

[0002]燃气轮机作为一种动力机械，具有体积小、重量轻、启动快、少用或不用冷却系统等一系列优点，广泛应用于航空、发电、原油和天然气运输、交通运输以及冶金、化工等部门。燃气轮机叶片在服役过程中遭受高温氧化和热腐蚀破坏，为提高叶片使用寿命，保证燃气轮机的安全稳定运行，采用防护性涂层是目前最有效的办法。Ni基合金涂层为常见的高温防护涂层，与基体具有很好的粘附性和较低的互扩散性，而且有很好的抗高温氧化，抗热腐蚀性能，以及高的韧性和抗热疲劳强度。广泛用于航空等各类燃气轮机热端部件，如涡轮机工作叶片、导向热片、燃烧室等部件。近年来，随着我国航空事业发展，Ni基合金材的需求量增大，同时具有很重要的战略意义。
[0003]Ni基合金材通过电子束物理气相沉积、三极溅射、低压等离子喷涂和多弧离子镀等喷涂方法，基体上加很高的负偏压，利用气体放电使气体或被蒸发的物质部分离化，在气体离子或者被蒸发物质离子轰击作用的同时把Ni基合金材的蒸发物质或者反应物沉积在基片上。所以，Ni基合金材的制备和质量保证是Ni基合金防护涂层使用的基础，是基片上Ni基合金防护涂层稳定性的有力保障。Ni基合金材的制备通常是采用真空感应熔炼和重力铸造方法，制备Ni基合金实心铸锭。
[0004]Ni基合金材为高温合金，重力铸造过程中，存在铸件局部和整体的冷却不平衡，破坏了熔体的顺序凝固，容易在铸件中产生缺陷如缩孔、缩松以及在铸件中形成残余应力，Ni基合金实心铸锭芯部存在大量的缩孔和疏松等缺陷，合金铸锭的高度受限，只能使用底部三分之一的材料，导致Ni基合金材的尺寸较小，其余材料只能进行重熔或直接报废，这样不仅生产效率低而且造成材料和能源浪费。严重制约着Ni基合金防护涂层的使用和发展。
[0005]另外重力浇铸由于疏松缺陷，很难实现大规格尺寸的Ni基合金管的生产，不能实现管坯高度的控制；不能实现化学元素成分偏析的控制，主要是稀土元素Y的范围控制和均匀性；不能避免管坯出现内部裂纹，不能满足加工的需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种Ni基合金管的离心铸造模具及离心铸造方法。本专利技术的铸造模具和方法可实现Ni基合金管的高度可控、可消除缩孔、缩松等铸造缺陷，大大降低合金化学成分偏析问题，提高生产效率。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种Ni基合金管的离心铸造模具，其特征在于，包括模具组件，和包裹在所述模具组件外侧的钢包套组件；所述模具组件包括上模具和下模具，以及设置于上模具和下模具之间的中模具；所述中模具为管状结构，上模具和下模具沿中模具的轴向分别设置于中模具的上下两侧，所述中模具和下模具可拆
卸且密封连接，中模具和上模具可拆卸且密封连接，所述上模具中部开设有第一通孔，所述第一通孔与中模具连通；所述钢包套组件外侧设置有加热外壳。
[0008]上述的一种Ni基合金管的离心铸造模具，其特征在于，还包括设置于下模具上且位于中模具内的垫片，所述垫片的厚度为5mm～10mm。
[0009]上述的一种Ni基合金管的离心铸造模具，其特征在于，所述上模具和下模具上均设置有凸起，上模具的凸起部位向下嵌入中模具内，下模具的凸起部位向上嵌入中模具内。
[0010]上述的一种Ni基合金管的离心铸造模具，其特征在于，所述钢包套组件包括第一钢包套和第二钢包套，所述第一钢包套为下端封闭，上端开口的筒状结构，第一钢包套包裹在下模具和中模具外侧；所述第二钢包套设置于上模具上，第二钢包套中部开设有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔相连通；所述第一钢包套和第二钢包套可拆卸连接。
[0011]上述的一种Ni基合金管的离心铸造模具，其特征在于，沿所述中模具的轴向，所述第二通孔的边界与所述第一通孔的边界平齐。
[0012]上述的一种Ni基合金管的离心铸造模具，其特征在于，所述加热外壳包括壳体以及设置在所述壳体内壁的电热元件。
[0013]上述的一种Ni基合金管的离心铸造模具，其特征在于，还包括温度测量元件和温度控制器；所述温度测量元件与电热元件连接，用于测量所述加热外壳的温度；所述温度控制器用于显示温度测量元件传输来的温度信号，且将测量值与设定值进行比较，输出温度控制信号，控制加热外壳的温度。
[0014]另外，本专利技术还提供了一种采用上述离心铸造模具离心铸造Ni基合金管的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0015]步骤一、组装离心铸造模具并将离心铸造模具中的第一钢包套与离心浇铸机连接；
[0016]步骤二、将Ni基合金锭坯置于中频真空感应炉的氧化铝坩埚内，封炉抽真空；
[0017]步骤三、利用加热外壳将离心铸造模具加热至300℃～500℃并保温，开启中频真空感应炉对Ni基合金锭坯进行熔化和精炼，将精炼的合金溶液浇入离心铸造模具中进行离心浇铸，得到Ni基合金管坯；
[0018]步骤四、对步骤三中所述Ni基合金管坯进行机械加工，得到Ni基合金管。
[0019]上述的方法，其特征在于，步骤三中待氧化铝坩埚中Ni基合金锭坯完全熔化，充氩至0.07MPa～0.08MPa，精炼2.5min～3.5min；离心浇铸的转速为500r/min～800r/min，浇入时间为10s～15s。
[0020]上述的方法，其特征在于，步骤三中精炼合金溶液浇入完成15s～25s后，降低转速至180r/min～220r/min，再过2min～3min后降低转速至0r/min，停止保温，60min～90min后停止抽真空。
[0021]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0022]1、本专利技术的离心铸造模具具有结构简单、使用可靠性高、成本低廉、重复操作性强等特点。
[0023]2、本专利技术通过设置垫片，能够保护模具组件中的下模具，避免其受到高温合金液体冲击，防止合金管坯中出现石墨夹杂，且垫片具有易更换的优点。
[0024]3、本专利技术通过设置第一钢包套和第二钢包套，能够牢固连接离心浇铸机，并稳定
固定模具组件，实现离心浇铸机带动模具组件转动。
[0025]4、本专利技术的离心铸造模具中的加热外壳实现了对模具组件的可控加热，提高了离心铸造时合金溶液在模具组件中的流动性，降低了合金溶液在模具组件中的凝固速度，使得合金管坯充型完整，消除了合金管坯表面的冷隔。
[0026]5、本专利技术的离心铸造方法可通过加热外壳对模具组件进行温度调节，通过离心浇铸机转速的调节实现合金管坯高度可控。
[0027]6、本专利技术的离心铸造方法可实现合金管坯的顺序凝固，消除合金管坯中的缩孔及疏松等缺陷，使晶粒细化，避免产生内裂纹，提高了合金管坯质量以及生产效率。
[0028]7、本专利技术的铸造模具和方法可实现Ni基合金管的高度可控、可消除缩孔、缩松等铸造缺陷，提高合金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ni基合金管的离心铸造模具，其特征在于，包括模具组件，和包裹在所述模具组件外侧的钢包套组件；所述模具组件包括上模具(1)和下模具(2)，以及设置于上模具(1)和下模具(2)之间的中模具(3)；所述中模具(3)为管状结构，上模具(1)和下模具(2)沿中模具(3)的轴向分别设置于中模具(3)的上下两侧，所述中模具(3)和下模具(2)可拆卸且密封连接，中模具(3)和上模具(1)可拆卸且密封连接，所述上模具(1)中部开设有第一通孔(5)，所述第一通孔(5)与中模具(3)连通；所述钢包套组件外侧设置有加热外壳。2.根据权利要求1所述的一种Ni基合金管的离心铸造模具，其特征在于，还包括设置于下模具(2)上且位于中模具(3)内的垫片(4)，所述垫片(4)的厚度为5mm～10mm。3.根据权利要求1所述的一种Ni基合金管的离心铸造模具，其特征在于，所述上模具(1)和下模具(2)上均设置有凸起，上模具(1)的凸起部位向下嵌入中模具(3)内，下模具(2)的凸起部位向上嵌入中模具(3)内。4.根据权利要求1所述的一种Ni基合金管的离心铸造模具，其特征在于，所述钢包套组件包括第一钢包套(6)和第二钢包套(7)，所述第一钢包套(6)为下端封闭，上端开口的筒状结构，第一钢包套(6)包裹在下模具(2)和中模具(3)外侧；所述第二钢包套(7)设置于上模具(1)上，第二钢包套(7)中部开设有第二通孔(8)，所述第二通孔(8)与所述第一通孔(5)相连通；所述第一钢包套(6)和第二钢包套(7)可拆卸连接。5.根据权利要求4所述的一种Ni基合金管的离心铸造模具，其特征在于，沿所述中模具(3)的轴向，所述第二通孔(8)的边界与所述第一通孔(5)的边界平齐...

【专利技术属性】
技术研发人员：范晔，孟志军，丁锋，贺慧，孙凯军，赵晓博，陈昊，韩吉庆，
申请(专利权)人：西安诺博尔稀贵金属材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：