【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及精密铸造，具体是一种热控离心凝固装置及凝固方法。
技术介绍
1、随着我国航空工业飞速发展，航空发动机的服役环境日趋复杂，对机匣、整体叶盘和涡轮机壳等高温合金复杂薄壁铸件的性能提出了更高要求。这类铸件在普通熔模精铸工艺生产条件下，一般为粗大的等轴晶或柱状晶，很容易导致铸件在使用过程中出现疲劳裂纹的萌生和发展，故而多采用细晶组织，同时，这类结构复杂、壁厚差异较大的复杂薄壁铸件，在成型过程中常出现浇不足、缩松、缩孔等缺陷，影响铸件的生产质量和生产效率。
2、因此，高温合金复杂薄壁铸件的完整充型，组织和缺陷的协同控制成为一大难题。随着该方面研究的不断深入，在传统热控法的基础上提出了改进的热控凝固工艺，能够有效的控制充型与减少缺陷的形成，改进后的热控凝固工艺通过提高模壳的预热温度，提高了熔体的流动性，从而有效改善了充型能力，很好地抑制了复杂薄壁类铸件浇不足、缩松缩孔等缺陷的形成。
3、但在实际生产中，由于热控凝固工艺的冷却速率随着模壳温度升高而降低，往往使得铸件组织的晶粒粗大，因此解决热控凝固工艺的晶粒粗大问题，成为高温合金复杂薄壁铸件成型过程中实现完整充型、晶粒细化和无缩松缩孔缺陷的重要课题。
4、在公告号为cn109396400 b中提出了一种大型复杂薄壁细晶铸件的一体化成型方法和装置，利用产生在固/液界面前沿的强烈电磁扰动，阻碍晶体生长和细化晶粒，从而达到细化铸件凝固组织的效果，但是该方法的设备结构复杂、成本高，环境要求苛刻，并且由于磁场的作用可能对铸件的尺寸形成限制条件，在实际生产
技术实现思路
1、为克服现有技术中存在的难以实现高温合金薄壁件成形、组织和缺陷协同控制的不足，本专利技术提出了一种热控离心凝固装置及凝固方法。
2、本专利技术提出的热控离心凝固装置包括炉体、加热保温组件、熔炼浇注机构和旋转升降装置，此外配置有真空系统。
3、所述加热保温组件位于熔炼浇注机构下方，同时位于旋转升降装置的上方，它们都位于所述炉体内。所述炉体的壳体上安装有抽气阀和放气阀，与外界和外部气泵抽真空设备相连，用于实现或破坏真空环境。
4、优选的，炉体为夹层结构；在该夹层内有冷却水通道；炉体内表面铺覆有隔热棉。
5、优选的，所述炉体所实现的真空环境，其极限真空度为6.67×10-4pa。
6、所述加热保温组件包括加热体和保温体，位于炉体的中部。其中，保温体分为上保温板、保温套筒和下保温板。所述加热体和保温套筒为环形，上保温板和下保温板为圆形板；所述上保温板中心设有锥形孔；所述下保温板中心设有圆柱形孔。所述保温体由所述上保温板、保温套筒和下保温板组合形成一个圆筒形结构，包围所述加热体共同形成一个铸造模壳的加热区。所述加热体的轴线与保温体的轴线重合。
7、优选的，加热体的材料为石墨或金属ta,上保温板、保温套筒和下保温板的材料为多层石墨毡，各部分采用石墨毡拼合手段组合在一起。
8、优选的，加热体的尺寸,内径d为150～800mm，环宽d为10～80mm，环高h为200～500mm。
9、优选的，所述加热保温装置的预热和控温范围为20～1600℃。
10、所述熔炼浇注机构包括熔炼机构和浇注机构，所述熔炼机构主要作用是熔炼母合金，固定于所述浇注机构上，能够实现熔炼机构的倾转。
11、优选的，所述熔炼机构为感应熔炼测温机构,由熔炼坩埚、感应加热线圈和熔炼测温仪组成。
12、优选的，浇注机构为夹持、倾转机械结构，前端为一对半圆环夹头，后端有倾转机械结构，机构表面覆盖隔热棉。
13、所述旋转升降装置包括旋转体和抽拉体。所述旋转体位于该抽拉体的上端，并将二者通过可拆卸连接件相连。所述模壳安装在所述旋转体上；所述旋转升降装置带模壳一起进行离心旋转和升降动作。
14、优选的，所述可拆卸连接件为法兰。
15、优选的，所述旋转体为电机旋转平台，由旋转平台壳体、旋转平台、旋转轴、电机组成；旋转平台位于该旋转平台壳体的上端，旋转平台外径小于旋转平台壳体外径；旋转体内部布置水冷通道和隔热棉，旋转平台表面铺盖隔热棉。
16、优选的，所述抽拉体为滚珠丝杆升降组件。
17、优选的，旋转升降装置的旋转体的离心转速为0～1500r/min，抽拉体的升降控制精度为0.1μm。
18、本专利技术提出的使用所述热控离心凝固装置的凝固方法，是用于铸造高温合金复杂薄壁铸件。
19、具体过程是：
20、步骤1，工装准备：
21、将模壳安装至旋转平台上，运行抽拉体使模壳下缘与下保温板平齐；将母合金铸锭放入熔炼坩埚内；将浇口杯放入上保温板中心锥孔内，且浇口杯下端装入模壳的浇口中。
22、步骤2，抽真空：
23、运行真空系统，打开抽气阀，将所述热控离心凝固装置炉体内抽真空至10-3pa～10pa。
24、步骤3，模壳加热并保温：
25、加热体通电，对模壳按预设保温温度进行加热。预定保温温度为1340～1550℃，升温速率为5～20℃/min；待模壳加热区温度上升至预热保温温度后，对加热区进行保温，且保温至步骤7中降温前1～2min结束。
26、步骤4，熔炼母合金铸锭：
27、感应加热线圈通电，对熔炼坩埚中的母合金铸锭进行熔炼。待母合金铸锭熔炼为合金液，测温，调整加热功率，使合金液温度加热至1450～1600℃并维持1～2min，之后降温至1400～1500℃保温，且维持至浇注完成。
28、步骤5，离心：
29、打开旋转升降装置中的旋转体的电机，通过旋转平台带动模壳进行离心旋转。离心转速为0～1500r/min。
30、步骤6，浇注：
31、通过浇注机构将合金液从熔炼坩埚中倒入浇口杯，使该合金液通过浇口杯进入离心旋转状态下的模壳中。
32、浇注完成后，熔炼机构断电；旋转升降装置持续带动模壳进行离心旋转，直至步骤7中模壳完全抽拉出加热区0～5min。
33、步骤7，凝固抽拉：
34、降低加热区温度至合金固液相线温度区间，降温速率为5～15℃/min；打开旋转升降装置的抽拉程序，按50～500μm/s的抽拉速率向下抽拉模壳，直至模壳整体完全抽拉出加热区。
35、关闭加热保温装置和旋转升降装置，使铸件降至温300℃以下。关闭抽气阀和气泵，打开放气阀，破真空后取出铸件，完成铸件成型。
36、优选的，步骤6中离心转速为匀加速或者匀减速或者速度跃迁变化；当离心转速为匀加速时，该离心转速的速度区间为400～1000r/min，模壳的抽拉时间为400s；当离心转速为速度跃迁变化加速时，该离心转速的速度区间为800～200r/min，模本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种热控离心凝固装置，其特征在于，包括炉体(1)、加热保温组件(3)、熔炼浇注机构(2)和旋转升降装置(4)；所述加热保温组件(3)位于熔炼浇注机构(2)下方，同时位于旋转升降装置(4)的上方，它们都位于所述炉体(1)内；
2.如权利要求1所述热控离心凝固装置，其特征在于，所述炉体(1)的壳体上安装有抽气阀(7)和放气阀(8)，且该炉体为夹层结构；在该夹层内有冷却水通道；炉体内表面铺覆有隔热棉，内部有用于固定加热保温组件(3)的焊接支架。
3.如权利要求1所述热控离心凝固装置，其特征在于，所述加热保温装置的预热和控温范围为20～1600℃；所述加热体(16)的材料为石墨或金属Ta；所述加热体的尺寸,内径D为150～800mm，环宽d为10～80mm，环高H为200～500mm；
4.如权利要求1所述热控离心凝固装置，其特征在于，所述熔炼浇注机构在倾倒熔炼合金液时，该熔炼坩埚(14)出口位置与浇口杯(6)的开口位置相对应；所述浇注机构(13)表面覆盖有隔热棉。
5.如权利要求1所述热控离心凝固装置，其特征在于,所述旋转升降装置(4
6.一种使用权利要求1所述热控离心凝固装置进行凝固的方法，其特征在于，用于铸造高温合金大型复杂薄壁铸件；
7.如权利要求6所述热控离心凝固装置进行凝固的方法，其特征在于，所述高温合金的固液相线温度区间为1260～1430℃，所述铸件的最小壁厚为0.5mm，薄壁面积最大占比70％以上，最大壁厚和最小壁厚的比值最大达到22:1。
8.如权利要求6所述热控离心凝固装置进行凝固的方法，其特征在于，熔炼母合金铸锭时，等待母合金铸锭熔炼为合金液，用熔炼测温仪(10)测温，使合金液温度加热至1450～1600℃并维持1～2min，之后降温至1400～1500℃保温，且维持至浇注完成。
9.如权利要求6所述热控离心凝固装置进行凝固的方法，其特征在于，浇注完成后模壳的离心转速为匀加速或者匀减速或者速度跃迁变化；当离心转速为匀加速时，该离心转速的速度区间为400～1000r/min，模壳的抽拉时间为400s；当离心转速为速度跃迁变化加速时，该离心转速的速度区间为800～200r/min，模壳的抽拉时间为2000s；当离心转速为匀减速时，离心转速区间为1500～400r/min，模壳的抽拉时间为1000s。
10.如权利要求6所述热控离心凝固装置进行凝固的方法，其特征在于，铸件凝固抽拉时，降低加热区温度至合金固液相线温度区间；抽拉速率范围为50～500μm/s。
...【技术特征摘要】
1.一种热控离心凝固装置，其特征在于，包括炉体(1)、加热保温组件(3)、熔炼浇注机构(2)和旋转升降装置(4)；所述加热保温组件(3)位于熔炼浇注机构(2)下方，同时位于旋转升降装置(4)的上方，它们都位于所述炉体(1)内；
2.如权利要求1所述热控离心凝固装置，其特征在于，所述炉体(1)的壳体上安装有抽气阀(7)和放气阀(8)，且该炉体为夹层结构；在该夹层内有冷却水通道；炉体内表面铺覆有隔热棉，内部有用于固定加热保温组件(3)的焊接支架。
3.如权利要求1所述热控离心凝固装置，其特征在于，所述加热保温装置的预热和控温范围为20～1600℃；所述加热体(16)的材料为石墨或金属ta；所述加热体的尺寸,内径d为150～800mm，环宽d为10～80mm，环高h为200～500mm；
4.如权利要求1所述热控离心凝固装置，其特征在于，所述熔炼浇注机构在倾倒熔炼合金液时，该熔炼坩埚(14)出口位置与浇口杯(6)的开口位置相对应；所述浇注机构(13)表面覆盖有隔热棉。
5.如权利要求1所述热控离心凝固装置，其特征在于,所述旋转升降装置(4)包括旋转体(18)和抽拉体(19)；所述旋转体位于该抽拉体的上端，并将二者之间通过法兰(191)固连；所述旋转体(18)的旋转平台(182)上设有隔热棉(9)为隔热材料；旋转平台壳体由内置水道的水冷金属板制成；所述旋转平台位于该旋转平台壳体的上端，所述旋转...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡松松，陈贤，陈赢政，李文道，白伟民，汪璞，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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