【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于冶金铸造领域，具体涉及一种液体增材铸造模具和铸造方法。
技术介绍
1、大型铸锻件是经济建设不可缺少的重要设备的基础部件，在航空航天、冶金、能源、军工、国防、机械制造和石油化工等领域应用广泛。铸锭作为大型锻件的母坯，重要性不言而喻，目前铸锭生产存在质量低、材料和能源浪费严重等问题。由于铸锭中的一些缺陷，如夹杂和成分偏析，不能在后续的加工过程中消除，致使锻件报废或性能不高；另一些缺陷，如缩孔和疏松，则需要直接切去铸锭中产生了该缺陷的部位来进行消除，造成了严重的材料和能源浪费。
2、由于传统的大型铸锭制造方式是多炉熔炼、同时浇铸，浇铸的金属液在铸型内长时间不受控制的流动，容易造成大范围成分偏析严重。专利cn105945246a采用了一种新型的铸锭生产工艺，通过离散浇铸的方法，人为控制铸锭浇铸及凝固过程，使铸锭实现逐层凝固，限制了金属液的流动，减轻了成分偏析。但是该工艺的每层熔体顶部都会由于辐射换热而产生凝固壳层，使得铸锭的顺序凝固难以实现，进而造成在每层凝固区域内部会产生层内缩孔缺陷，严重的影响了液体增材铸造生产的铸锭质量。
3、专利cn108889915a公开了一种基于熔渣保护的逐层浇注制备铸锭的方法。该方法通过每浇注一份金属液后添加保护渣覆盖金属液表面的方法，减轻金属液表面的氧化并提升金属液表面的保温效果。但是由于该种方法需要每层都添加保护渣，因而在下一层金属液浇入时，极易产生卷渣缺陷，严重损害了铸锭的质量。同时，由于铸锭侧壁散热面积大，导致在生产过程中铸锭侧壁凝固速度快，无法实现液体增材铸造
4、因此，现急需一种能够解决液体增材铸造铸锭内部缺陷的生产方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种液体增材铸造模具和铸造方法，以解决现有技术中液体增材铸造铸锭时内部易产生多种缺陷的问题。本专利技术实现了液体增材铸造铸锭的顺序凝固，消除铸锭内部的层内缩孔缺陷以及减轻宏观偏析缺陷。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
3、本专利技术第一方面公开了一种液体增材铸造模具，包括浇注模和中间包；
4、所述的中间包叠放于浇注模上方，使浇注模内部形成型腔，中间包底部开设有分流孔；
5、型腔的底部设有冷铁，型腔的内壁面以及顶面分别设有遮热板，位于顶面的遮热板开设有与分流孔相匹配的开孔。
6、优选地，所述的遮热板采用高熔点、低发射率的材料，进一步优选采用镜面钢板。
7、优选地，所述的遮热板的厚度为0.5-3mm。
8、优选地，所述的中间包的侧壁由外部的中间包金属层、内部的中间包耐火层和夹设于中间包金属层与中间包耐火层之间的中间包隔热层构成。
9、优选地，所述的浇注模的侧壁由外部的浇注模金属层和内部的浇注模耐火层叠合形成。
10、优选地，所述的冷铁的高度占型腔高度的5～25％。
11、优选地，所述的分流孔沿铸锭的形状边缘的周向间隔开设有若干个。
12、优选地，所述的浇注模内部还设有用于测定金属液表面温度的温度传感器。
13、本专利技术第二方面公开了一种采用如上任一所述的液体增材铸造模具的铸造方法，包括如下步骤：
14、将金属液分为若干个浇包，进行离散浇注：当向中间包浇注至设定厚度后停止浇注，当已浇筑的金属液达到目标固相率后进行下一浇包浇注；重复上述步骤至铸锭凝固成型，随后对铸锭进行热处理。
15、优选地，所述的目标固相率为30～90％。
16、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
17、本模具形成顶部保温、底部加强冷却的凝固方式，能够有效的解决液体增材铸造过程中的内部缺陷问题。当将钢水由顶部浇入到中间包时，钢水经分流孔分流进入到浇注模型腔中；该分流设计的意义在于使钢水从铸锭边缘位置开始浇注，有利于对液体增材铸造铸锭先前浇注已凝固部分进行重熔，加强每层金属之间的连接性。遮热板采用低发射率材料，主要作用是利用遮热板原理，降低金属液表面的辐射换热。同时，由于中间包由保温材料制成，这进一步的限制了金属液上表面的散热，加强了金属液上表面的保温效果。冷铁在放置在浇注模底部，实现蓄热效果，促进液体增材铸造铸锭的顺序凝固。
18、本方法在不添加保护渣的前提下，通过浇注模、中间包、冷铁和遮热板的组合使用，达到了铸锭上表面保温及重熔、下表面加强冷却的目的，实现了铸锭的顺序凝固，有效的减轻了液体增材铸造铸锭的内部缺陷问题，尤其适用于大型液体增材铸造铸锭的生产。
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1.一种液体增材铸造模具，其特征在于，包括浇注模(1)和中间包(2)；
2.根据权利要求1所述的一种液体增材铸造模具，其特征在于，所述的遮热板采用高熔点、低发射率的材料。
3.根据权利要求2所述的一种液体增材铸造模具，其特征在于，所述的遮热板的厚度为0.5-3mm。
4.根据权利要求1所述的一种液体增材铸造模具，其特征在于，所述的中间包(2)的侧壁由外部的中间包金属层(2-1)、内部的中间包耐火层(2-3)和夹设于中间包金属层(2-1)与中间包耐火层(2-3)之间的中间包隔热层(2-2)构成。
5.根据权利要求1所述的一种液体增材铸造模具，其特征在于，所述的浇注模(1)的侧壁由外部的浇注模金属层(1-1)和内部的浇注模耐火层(1-2)叠合形成。
6.根据权利要求1所述的一种液体增材铸造模具，其特征在于，所述的冷铁(5)的高度占型腔高度的5～25％。
7.根据权利要求1所述的一种液体增材铸造模具，其特征在于，所述的分流孔(2-4)沿铸锭的形状边缘的周向间隔开设有若干个。
8.根据权利要求1所述的一种
9.一种采用如权利要求1～8任一所述的液体增材铸造模具的铸造方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种铸造方法，其特征在于，所述的目标固相率为30～90％。
...【技术特征摘要】
1.一种液体增材铸造模具，其特征在于，包括浇注模(1)和中间包(2)；
2.根据权利要求1所述的一种液体增材铸造模具，其特征在于，所述的遮热板采用高熔点、低发射率的材料。
3.根据权利要求2所述的一种液体增材铸造模具，其特征在于，所述的遮热板的厚度为0.5-3mm。
4.根据权利要求1所述的一种液体增材铸造模具，其特征在于，所述的中间包(2)的侧壁由外部的中间包金属层(2-1)、内部的中间包耐火层(2-3)和夹设于中间包金属层(2-1)与中间包耐火层(2-3)之间的中间包隔热层(2-2)构成。
5.根据权利要求1所述的一种液体增材铸造模具，其特征在于，所述的浇注模(1)的侧壁由外部的浇注模金...
【专利技术属性】
技术研发人员：李军，王迎光，任能，夏明许，曾龙，李建国，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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