本发明专利技术提供一种减轻镍基高温合金感应锭缩孔及缩松的装置及方法，装置包括：锭模和水冷结构，所述锭模包括模身、模底和底砖，模身的内部具有型腔，模身的下端面与模底的上端面相连接，底砖置于模底的上端中部并位于型腔的底部；所述水冷结构用于对锭模的下部和中部进行冷却；所述模身的上部外壁表面均匀涂刷有用于保温的悬浮液，以减缓铸锭上部合金的冷却。本发明专利技术通过增强铸锭上部合金的保温及加强铸锭下部合金的冷却，使铸锭在纵向方向上实现从底部到顶部浇口处的顺序凝固，从而建立良好的补缩条件，减轻铸锭的缩孔及缩松缺陷。减轻铸锭的缩孔及缩松缺陷。减轻铸锭的缩孔及缩松缺陷。
【技术实现步骤摘要】
一种减轻镍基高温合金感应锭缩孔及缩松的装置及方法
[0001]本专利技术涉及冶炼浇注
，具体而言，尤其涉及一种减轻镍基高温合金感应锭缩孔及缩松的装置及方法。
技术介绍
[0002]镍基高温合金中含有大量Ni、Cr、Co、Mo、Nb等国家稀缺的昂贵元素，其合金化程度高，具有良好的高温强度、抗氧化能力和优异的抗疲劳性能，可用于航空喷气发动机和工业燃气涡轮机等热端部件的制造，是航空航天、电力能源、国防科技等领域的关键核心材料。由于镍基高温合金的合金化程度高、成分复杂，通常需采用真空感应熔炼作为一次冶炼，再经过自耗重熔、电渣重熔进行二次或三次冶炼。但在首端真空感应熔炼工艺中，高温合金液经过浇注得到的感应锭常出现缩孔及缩松缺陷，严重影响了二次冶炼过程稳定性、铸锭成材率及最终产品质量，制约了优质镍基高温合金的制造和发展。
[0003]由铸件形成理论基础可知，在铸件凝固过程中控制铸件的凝固方向使之符合“顺序凝固原则”，可使铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件，从而可以有效减小铸件的缩孔及缩松缺陷。顺序凝固的原则就是在铸件纵向方向上，铸件下部的温度低，而上部(浇口)的温度高，铸件从底部到顶部存在一个递增的温度梯度，其各部分可按照从底部到顶部的顺序依次进行凝固。可见，增强铸锭上部合金的保温及加强铸锭下部合金的冷却是控制铸锭实现顺序凝固，减轻铸锭缩孔及缩松缺陷的主要方法。
[0004]现有调控方法主要是在锭模上部的型腔内壁使用保温冒口或涂刷保温悬浮液以增强铸锭上部合金的保温效果，延缓上部合金液的冷却。但这些方法难以避免冒口部位产生污染及夹渣等不利影响，因此采用冒口或是涂刷保温悬浮液后需要进行切除铸锭冒口部位的操作，其并未显著提高铸锭的成材率。
[0005]另外，现有调控方法主要侧重于增强铸锭上部合金的保温补缩，而未考虑加强铸锭下方合金的冷却，并对铸锭下方不同部位合金的冷却效果进行控制，因此现有方法难以使铸锭在纵向方向上实现从下部到上部(浇口)的顺序凝固，进而未能有效解决镍基高温合金感应锭的成材率与质量的问题。
技术实现思路
[0006]根据上述提出的现有方法难以使铸锭在纵向方向上实现从下部到上部(浇口)的顺序凝固，进而未能有效解决镍基高温合金感应锭的成材率与质量的技术问题，而提供一种减轻镍基高温合金感应锭缩孔及缩松的方法。本专利技术主要通过在上部模身型腔外壁表面涂刷保温悬浮液来起到保温冒口的作用，延缓上部合金液的冷却，并在下部模身设置从下到上的水冷管来加速下部合金液的冷却。通过增强铸锭上部合金的保温及加强铸锭下部合金的冷却，使铸锭在纵向方向上实现从底部到顶部(浇口处)的顺序凝固，进而建立良好的补缩条件，减轻铸锭的缩孔及缩松缺陷，可有效提高镍基高温合金的成材率与质量。
[0007]本专利技术采用的技术手段如下：
[0008]一种减轻镍基高温合金感应锭缩孔及缩松的装置，包括：锭模和水冷结构，所述锭模包括模身、模底和底砖，模身的内部具有型腔，模身的下端面与模底的上端面相连接，底砖置于模底的上端中部并位于型腔的底部；所述水冷结构用于对锭模的下部和中部进行冷却；所述模身的上部外壁表面均匀涂刷有用于保温的悬浮液，以减缓铸锭上部合金的冷却。
[0009]进一步地，所述水冷结构为设置在模身中下部侧壁内的多圈水冷管，或为环绕在模身中下部外壁的多圈水冷管，水冷管内通入流动水，采用流动水对锭模的下部及中部进行冷却。
[0010]进一步地，上下相邻两圈所述水冷管之间设置有间隙，多圈水冷管从下至上依次进行等间隔分布。
[0011]进一步地，所述水冷管上设置有进水口和出水口，进水口设置于模身的底部，出水口设置于模身的中部。
[0012]进一步地，所述进水口上设置有进水法兰，出水口上设置有出水法兰。
[0013]进一步地，所述悬浮液由下述质量百分比原料组成：
[0014]CaO为10～25％，Al2O3为20％～40％，漂珠为15～25％，其余为水；
[0015]CaO、Al2O3和漂珠原料均匀混合后加水搅拌，搅拌后的悬浮液密度在1000～1300kg/m3之间；涂刷上悬浮液的锭模经200～300℃温度烘烤2～4小时后放入真空炉内使用。
[0016]进一步地，所述模身上部和下部均呈圆柱体结构，模身上部的壁厚小于模身下部的壁厚，模身上部与模身下部间的过渡处呈倾斜面过渡。
[0017]进一步地，所述模身下部的壁厚为210
‑
330mm，模身上部的壁厚为70
‑
110mm。
[0018]进一步地，在所述模身上部1/4
‑
1/3型腔高度的外壁表面涂刷悬浮液。
[0019]本专利技术还提供了一种减轻镍基高温合金感应锭缩孔及缩松的装置的使用方法，包括如下步骤：
[0020]S1、模身与模底使用铸铁材料，底砖采用莫来石耐火材料，其厚度在50～100mm范围，将底砖安装于模底的上部中间部位可减小高温合金液对模底的冲刷与侵蚀，提高模底的使用寿命。
[0021]S2、在模身中下部位安装水冷管以增强铸锭下部及中部的冷却，水冷管道直径依据浇注合金的吨位确定，其直径范围在40
‑
200mm之间。另外，水冷管道之间设置有间隙，可以防止水冷管之间的热交换，降低水冷管的冷却效果。水冷管进水口设置有进水法兰，出水口设置有出水法兰，便于在需要吊起锭模时拆卸水冷管。
[0022]S3、安装好模身、模底、底砖及水冷结构后，在锭模上部1/4
‑
1/3型腔高度的外壁表面涂刷悬浮液以增加铸锭上部合金的保温，悬浮液的配料为：CaO：10～25％，Al2O3：20％～40％，漂珠：15～25％，其余为水。涂刷上悬浮液的锭模经200～300℃温度烘烤2～4小时后放入真空炉内使用。
[0023]S4、在GH4169镍基高温合金真空感应冶炼结束后，采用上注方式，在真空度为6000Pa左右的条件下，浇注4吨GH4169镍基高温合金液，该合金的化学成分为Ni:50～55％，Cr:17～21％，Mo:2.8～3.3％，Nb:5～5.5％，Al:0.3～0.7％，Ti:0.75～1.15％，浇注时间5～10分钟，浇注温度1420℃～1460℃。在合金液充型过程中，当合金的填充量达到了50％左右，开始通冷却水。为了避免铸锭表面冷却过快而形成中心缩松缺陷，开始通的冷却水的流
量较小，当合金液充型结束后，开始逐渐增大冷却水的流量，以加强铸锭下部合金的凝固。在水冷过程中，冷却水从下部的进水口进入，从中部的出水口流出，可使已作冷却作用的热水立即从出水口排出，进而达到较好的冷却效果。当高温合金液充型结束后，待其在锭模内冷却60～90分钟后，经过脱模处理最终获得GH4169镍基高温合金感应锭。采用本专利技术装置后，铸锭在凝固过程中，在其纵向方向上能实现从底部到顶部浇口端的顺序凝固，可建立起良好的补缩条件，最终可有效减少铸锭的缩孔及缩松缺陷。
[0024]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0025]本本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种减轻镍基高温合金感应锭缩孔及缩松的装置，其特征在于，包括：锭模和水冷结构，所述锭模包括模身(1)、模底(2)和底砖(3)，模身(1)的内部具有型腔，模身(1)的下端面与模底(2)的上端面相连接，底砖(3)置于模底(2)的上端中部并位于型腔的底部；所述水冷结构用于对锭模的下部和中部进行冷却；所述模身(1)的上部外壁表面均匀涂刷有用于保温的悬浮液(9)，以减缓铸锭上部合金的冷却。2.根据权利要求1所述的减轻镍基高温合金感应锭缩孔及缩松的装置，其特征在于，所述水冷结构为设置在模身(1)中下部侧壁内的多圈水冷管(4)，或为环绕在模身(1)中下部外壁的多圈水冷管(4)，水冷管(4)内通入流动水，采用流动水对锭模的下部及中部进行冷却。3.根据权利要求2所述的减轻镍基高温合金感应锭缩孔及缩松的装置，其特征在于，上下相邻两圈所述水冷管(4)之间设置有间隙，多圈水冷管(4)从下至上依次进行等间隔分布。4.根据权利要求2或3所述的减轻镍基高温合金感应锭缩孔及缩松的装置，其特征在于，所述水冷管(4)上设置有进水口(5)和出水口(7)，进水口(5)设置于模身(1)的底部，出水口(7)设置于模身(1)的中部。5.根据权利要求4所述的减轻镍基高温合金感应锭缩孔及缩松的装置，其特征在于，所述进水口(5)上设置有进水法兰(6)，出水口(7)上设置有出水法兰(8)。6.根据权利要求1所述的减轻镍基高温合金感应锭缩孔及缩松的装置，其特征在于，所述悬浮液(9)由下述质量百分比原料组成：CaO为10～25％，Al2O3为20％～40％，漂珠为15～25％，其余为水；CaO、Al2O3和漂珠原料均匀混合后加水搅拌，搅拌后的悬浮液(9)密度在1000～1300kg/m3之间；涂刷上悬浮液(9)的锭模经200～300℃温度烘烤2～4小时后放入真空炉内使用。7.根据权利要求1所述的减轻镍基高温合金感应锭缩孔及缩松的装置，其特征在于，所述模身(1)上部和下部均呈圆柱体结构，模身(1)上部的壁厚小于模身(1)下部的壁厚，模身(1)上部与模身(1)下部间的过渡处呈倾斜面过渡。8.根据权利要求1或7所述的减轻镍基高温合金感应锭缩孔及缩松的装置，其特征在于，所述模身(1)下部的壁厚为210
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330mm，模身(1)上部的壁厚为70
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110mm。9.根据权利要求1所述的减轻镍基高温合金感应锭缩孔及缩松的装置，其特征在于，在所述模身(1)上部1/4
【专利技术属性】
技术研发人员：唐平梅，周扬，
申请(专利权)人：成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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