專利名稱：低壓細晶鑄造裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種鑄造冶金技術(shù)領(lǐng)域的裝置和方法，具體地說，涉及的是一種通過增加同質(zhì)顆?；虍愘|(zhì)顆粒從而增加形核核心，利用調(diào)壓鑄造澆注過程中可調(diào)的特性， 控制其工藝參數(shù)，調(diào)節(jié)細化劑進入熔體的量，控制細化過程的裝置和方法。
背景技術(shù)：
添加細化劑對合金凝固組織細化是一種已經(jīng)普遍工業(yè)化的工藝方法。熔煉時，可以通過向熔體中添加細化劑來形成晶核，使粗大的鑄態(tài)組織變成細小的等軸晶，實現(xiàn)晶粒細化，從而提高合金的鑄造性能、物理性能、力學性能和加工性能。細化劑主要有3類同成分的合金細粉、具有異質(zhì)晶核的合金、通過反應(yīng)可形成異質(zhì)晶核的合金元素。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?01020255205. 1，名稱為鋁鑄軋機進料系統(tǒng)，提出了一種新型鋁鑄軋機進料系統(tǒng)，所述細化劑供給裝置為線材給料機， 其出料口位于保溫爐出口與除氣箱入口之間的流槽上方，熔體流動帶入細化劑，以使細化劑能夠充分熔化，從而改善鑄軋產(chǎn)品質(zhì)量。該裝置包括鋁水供應(yīng)系統(tǒng)以及細化劑供給裝置， 細化劑供給裝置的出料口方向與流槽中熔體的流動方向相反，這樣能夠使細化劑充分熔化，同時也達到晶粒細化目的。檢索中還發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?2145111. 7，名稱為熔體溫度處理細化亞共晶鋁硅合金晶粒方法，申請人上海交通大學，提出了一種高低溫熔體混合澆鑄的方法。通過高低溫熔體溫度等參數(shù)對細化初生硅相的尺寸有較大的影響，從而細化凝固組織晶粒尺寸。然而這兩種方式均不能用于調(diào)壓鑄造方式，對于大規(guī)模鑄造方法也不適合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為反重力鑄造中凝固組織的細化，提供一種適合大規(guī)模鑄造的低壓細晶鑄造裝置及方法。本發(fā)明在升液管與鑄型澆口之間設(shè)置細化劑存儲器，利用金屬液的熔化和流動，將細化劑攜帶入鑄型中，同時合理降低沖入鑄型的熔體溫度，達到細化晶粒，解決了調(diào)壓鑄造過程中的細化劑添加。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明所述的低壓細晶鑄造裝置，包括上室、鑄型、氣壓調(diào)節(jié)裝置、細化劑存儲器、 承壓板、升液管、熔化裝置、下室、砂網(wǎng)和上蓋，其中砂網(wǎng)置于爐膛內(nèi)的上部，砂網(wǎng)固定在上室之中，上蓋與上室連接；細化劑存儲器連接在鑄型的下方，并固定在承壓板之上，承壓板、 上室和下室之間固定連接；升液管穿過承壓板上的中心孔固定，升液管與鑄型之間設(shè)有石棉，并靠鑄型的重力密封連接，升液管與承壓板之間密封連接；熔化裝置在爐膛內(nèi)的下部， 升液管的下方，并與升液管的中心一致；用于調(diào)節(jié)上下室氣壓的氣壓調(diào)節(jié)裝置外接于上下室的法蘭盤。所述升液管是由碳纖維管制成。
所述熔化裝置由感應(yīng)線圈和坩堝組成，感應(yīng)線圈圍繞在坩堝外圍。所述氣壓調(diào)節(jié)裝置由真空泵、壓力罐及連通閥組成，分別接通于上下室法蘭。所述細化劑存儲器存儲細化劑，并通過設(shè)置泡沫陶瓷過濾板固定細化劑并過濾熔體。所述細化劑為塊狀細化劑，塊狀細化劑置于澆口內(nèi)側(cè)外圍。所述細化劑也可以為大顆粒狀細化劑，大顆粒狀細化劑通過陶瓷網(wǎng)隔離置于澆口內(nèi)側(cè)外圍；或者大顆粒狀細化劑也可以通過陶瓷網(wǎng)隔離置于澆口中央?；谏鲜鲅b置，本發(fā)明所述的低壓細晶鑄造方法包括如下步驟步驟1 將細化劑放入細化劑存儲器，并連接好澆鑄口管道；步驟2 然后將鋁熔體或高溫合金熔體倒入坩堝內(nèi)，開啟調(diào)壓鑄造裝置；步驟3 充型過程中，通過氣壓調(diào)節(jié)裝置調(diào)壓充氣速率，控制充型速率，使得高溫合金熔體從坩堝中按設(shè)定的速率沿升液管上升；當熔體流經(jīng)細化劑存儲器時，由于流體的動量及溫度，會將細化劑混合、熔化，并帶入鑄型凝固；步驟4 凝固開始后調(diào)壓氣壓，使熔體凝固，控制凝固組織結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用細化劑存儲器在熔體中添加細化劑，可在短時間內(nèi)使其熔化混合形成熔體形核核心，加速凝固細化晶粒。采用真空泵氣壓調(diào)節(jié)裝置，適當調(diào)節(jié)氣壓，控制流體充型速率，使得熔體充型平穩(wěn)，并保證細化劑適當熔化及在熔體中混合均勻。添加不同種類的細化劑，同成分合金和異質(zhì)合金，形核機制不同，充型速率也要隨之調(diào)整。充型完成后，增加壓力，使熔體在02 0. SMPa壓力下凝固，強化其組織結(jié)構(gòu)性能。本發(fā)明中，加入的細化劑種類不同，形核機制不同，增加晶核數(shù)目，同成分合金增加晶核數(shù)目均勻形核，異質(zhì)合金非均勻形核。改變?nèi)垠w充型速率，細化劑的熔化程度和與液體的混合程度不同，晶核數(shù)目不同，從而鋁和高溫合金細化程度也不同。綜上，本發(fā)明利用調(diào)壓鑄造裝置，在細化劑存儲器中加入細化劑，通過控制該細化劑的種類，并控制鋁熔體或高溫合金熔體充型速率，加快細化劑在熔體中的熔化、混合和擴散，增加凝固結(jié)晶的晶核，達到提高鋁合金或高溫合金晶粒細化的目的。另外通過加入的異質(zhì)晶核合金，并控制充型速率，提高異質(zhì)凝固核心，更加有利于觀察凝固組織不同部位的分布與變化。本發(fā)明結(jié)合背景中的鋁鑄軋細化劑進料系統(tǒng)和高低溫熔體混合澆鑄對低壓鑄造澆注口提出改進，加入細化劑供給裝置，改善了低壓鑄造裝置，操作簡便合理。


圖1為本發(fā)明實施例整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例塊狀細化劑存儲器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實施例大顆粒狀細化劑存儲器結(jié)構(gòu)示意圖一。圖4為本發(fā)明實施例大顆粒狀細化劑存儲器結(jié)構(gòu)示意圖二。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例提供一種低壓細晶鑄造裝置，包括上室1、鑄型2、氣壓調(diào)節(jié)裝置3、細化劑存儲器5、承壓板6、升液管9、熔化裝置10、下室11、砂網(wǎng)16和上蓋17，其特征在于還包括鑄型2，砂網(wǎng)16置于爐膛內(nèi)的上部，砂網(wǎng)16通過焊接固定在上室之中，上蓋 17通過法蘭螺栓與上室1連接；細化劑存儲器5連接在鑄型2的下方，并固定在承壓板6之上，承壓板6、上室1和下室11之間通過螺栓定位梢固定連接；升液管9通過穿過承壓板6 上的中心孔固定，升液管9與鑄型2之間通過加石棉，并靠鑄型2的重力密封連接，升液管 9與承壓板6之間通過涂抹硅膠密封連接；熔化裝置10在爐膛內(nèi)的下部，升液管9的下方， 并與升液管9的中心一致；氣壓調(diào)節(jié)裝置3通過真空泵14、17、壓力罐3、8及連通閥16調(diào)節(jié)上下室氣壓，外接于上下室的法蘭盤。本實施例中，升液管9是由碳纖維管制成。本實施例中，熔化裝置10由感應(yīng)線圈8和坩堝12組成，感應(yīng)線圈8圍繞在坩堝12 外圍。本實施例中，氣壓調(diào)節(jié)裝置3由真空泵13、15、壓力罐3、7及連通閥14組成，分別接通于上下室法蘭。如圖2、圖3和圖4所示，本實施例中，可將細化劑存儲器分成3種形式來檢驗不同細化劑隨熔體充填效果，泡沫陶瓷過濾板18起到固定細化劑，并過濾熔體。圖2中，塊狀細化劑19置于澆口內(nèi)側(cè)外圍；圖3中，大顆粒狀細化劑21通過陶瓷網(wǎng)隔離置于澆口內(nèi)側(cè)外圍；圖4中，大顆粒狀細化劑21通過陶瓷網(wǎng)隔離置于澆口中央。實施例2-4基于實施例1所述裝置，針對K4169高溫合金熔體，充型速率控制在0. 1 lm/s 變化，熔體溫度由熔化裝置功率及熱電偶調(diào)節(jié)，隨著充型速率的變化而適當改變。低壓細晶鑄造方法包括如下步驟步驟1 將細化劑放入細化劑存儲器，并連接好澆鑄口管道；步驟2 然后將鋁熔體或高溫合金熔體倒入坩堝內(nèi)，開啟調(diào)壓鑄造裝置；步驟3 充型過程中，通過氣壓調(diào)節(jié)裝置調(diào)壓充氣速率，控制充型速率，使得高溫合金熔體從坩堝中按設(shè)定的速率沿升液管上升；當熔體流經(jīng)細化劑存儲器時，由于流體的動量及溫度，會將細化劑混合、熔化，并帶入鑄型凝固；步驟4 凝固開始后調(diào)節(jié)下室氣體壓力，使熔體在02 0. SMPa壓力下凝固，控制凝固組織結(jié)構(gòu)。實施例2 當充型速率為0. lm/s，鑄件在0. 6Mpa壓力下凝固時，鑄件中的縮松比為 3%，熔體溫度為1400°C時，高溫合金晶粒尺寸為8mm。實施例3 當充型速率為0. 5m/s，熔體溫度為1390°C，鑄件在0. 6Mpa壓力下凝固時，鑄件中的縮松比為3%時，高溫合金晶粒尺寸為3mm。實施例4 當充型速率為lm/s，熔體溫度為1380°C，鑄件在0. 6Mpa壓力下凝固時， 鑄件中的縮松比為3%時，高溫合金晶粒尺寸為5mm。通過以上實施例看出，本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，工藝先進，操作簡便，在升液管與鑄型澆口之間設(shè)置細化劑存儲器，利用金屬液的熔化和流動，將細化劑攜帶入鑄型中，同時合理降低沖入鑄型的熔體溫度，達到細化晶粒，減少縮松的目的。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種低壓細晶鑄造裝置，其特征在于包括上室、鑄型、氣壓調(diào)節(jié)裝置、細化劑存儲器、 承壓板、升液管、熔化裝置、下室、砂網(wǎng)和上蓋，其中砂網(wǎng)置于爐膛內(nèi)的上部，砂網(wǎng)固定在上室之中，上蓋與上室連接；細化劑存儲器連接在鑄型的下方，并固定在承壓板之上，承壓板、 上室和下室之間固定連接；升液管穿過承壓板上的中心孔固定，升液管與鑄型之間設(shè)有石棉，并靠鑄型的重力密封連接，升液管與承壓板之間密封連接；熔化裝置在爐膛內(nèi)的下部， 升液管的下方，并與升液管的中心一致；用于調(diào)節(jié)上下室氣壓的氣壓調(diào)節(jié)裝置外接于上下室的法蘭盤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓細晶鑄造裝置，其特征在于所述細化劑存儲器存儲細化劑，并通過設(shè)置泡沫陶瓷過濾板固定細化劑并過濾熔體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓細晶鑄造裝置，其特征在于所述細化劑為塊狀細化劑， 塊狀細化劑置于澆口內(nèi)側(cè)外圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓細晶鑄造裝置，其特征在于所述細化劑為大顆粒狀細化劑，大顆粒狀細化劑通過陶瓷網(wǎng)隔離置于澆口內(nèi)側(cè)外圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓細晶鑄造裝置，其特征在于所述細化劑為大顆粒狀細化劑，大顆粒狀細化劑通過陶瓷網(wǎng)隔離置于澆口中央。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的低壓細晶鑄造裝置，其特征在于所述升液管是由碳纖維管制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的低壓細晶鑄造裝置，其特征在于所述熔化裝置由感應(yīng)線圈和坩堝組成，感應(yīng)線圈圍繞在坩堝外圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的低壓細晶鑄造裝置，其特征在于所述氣壓調(diào)節(jié)裝置由真空泵、壓力罐及連通閥組成，分別接通于上下室法蘭。
9.一種采用權(quán)利要求1-8任一項所述裝置的低壓細晶鑄造方法，其特征在于包括如下步驟步驟1 將細化劑放入細化劑存儲器，并連接好澆鑄口管道；步驟2 然后將鋁熔體或高溫合金熔體倒入坩堝內(nèi)，開啟調(diào)壓鑄造裝置；步驟3 充型過程中，通過氣壓調(diào)節(jié)裝置調(diào)壓充氣速率，控制充型速率，使得高溫合金熔體從坩堝中按設(shè)定的速率沿升液管上升；當熔體流經(jīng)細化劑存儲器時，由于流體的動量及溫度，會將細化劑混合、熔化，并帶入鑄型凝固；步驟4 凝固開始后調(diào)壓氣壓，使熔體凝固，控制凝固組織結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的低壓細晶鑄造方法，其特征在于針對K4169高溫合金熔體，充型速率控制在0. 1 lm/s變化，熔體溫度為1400°C 1380°C變化。
全文摘要
本發(fā)明公開一種低壓細晶鑄造裝置及方法，所述裝置包括上室、下室、上蓋、鑄型、熔化裝置、升液管、細化劑存儲器、氣壓調(diào)節(jié)裝置、承壓板。細化劑存儲器置于升液管和鑄型澆口中間，并將升液管固定在承壓板；鑄型置于爐膛內(nèi)的上室，外圍充填細砂；熔化裝置置于升液管下方，并與升液管的中心一致；氣壓調(diào)節(jié)裝置通過上下室的法蘭盤外接真空泵、壓力罐及連通閥調(diào)節(jié)上下室氣壓。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，工藝先進，操作簡便，在升液管與鑄型澆口之間設(shè)置細化劑存儲器，利用金屬液的熔化和流動，將細化劑攜帶入鑄型中，同時合理降低沖入鑄型的熔體溫度，達到細化晶粒，減少縮松的目的。
文檔編號B22D18/04GK102398014SQ20111036099
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者余志文, 孫寶德, 張佼, 戴永兵, 李發(fā)國, 王俊, 疏達, 韓延峰 申請人:上海交通大學