專利名稱：一種新型定向凝固鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及定向凝固技術(shù)，具體是一種液態(tài)金屬冷卻定向凝固鑄造技術(shù)。
背景技術(shù)：
定向凝固技術(shù)可以生產(chǎn)消除橫向晶界(定向柱晶)或完全消除晶界(單晶)的金屬鑄件，與傳統(tǒng)鑄造方法得到的鑄件比較，這些鑄件具有更好的縱向機(jī)械性能。燃?xì)廨啓C(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)的靜動(dòng)葉片就是定向凝固技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)例子。
工業(yè)化的定向凝固技術(shù)主要是指高速凝固法(HRS)，如圖3所示，模殼3放置在水冷結(jié)晶器6上，并在保溫爐2中通過加熱原件1加熱到金屬的熔點(diǎn)以上，在模殼中澆鑄熔融的金屬后，模殼被從保溫爐中沿箭頭方向拉下，形成定向凝固鑄件。定向凝固鑄件質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵決定因素是定向凝固設(shè)備在整個(gè)定向凝固過程中能達(dá)到的溫度梯度，如果整個(gè)鑄件在較高的溫度梯度下定向凝固，生產(chǎn)效率就較高，產(chǎn)品的合格率也較高。為加大溫度梯度，一些HRS設(shè)備在保溫爐底部使用了隔熱擋板4，在隔熱擋板下使用了水冷環(huán)5，這樣使模殼的熱量一方面通過熱傳導(dǎo)向水冷結(jié)晶器散失，另一方面通過熱輻射向水冷環(huán)散失。
為得到熔融的合金，一般定向凝固設(shè)備都采用感應(yīng)加熱方法，如圖3所示，高溫合金母合金放置在坩堝11中，經(jīng)感應(yīng)線圈12加熱熔化后，通過澆道13傾倒入保溫爐的模殼中。
傳統(tǒng)的HRS設(shè)備由于隔熱擋板無法隨鑄件形狀變化而變化，在模殼3和隔熱擋板4之間不可避免地會留下間隙，這會大大降低定向凝固過程的溫度梯度；同樣，水冷環(huán)的冷卻效果也受鑄件形狀的影響；另外，水冷結(jié)晶器6在定向凝固過程中向下移動(dòng)，逐漸遠(yuǎn)離保溫爐，通過水冷結(jié)晶器的熱傳導(dǎo)帶走的熱量越來越少，一般當(dāng)鑄型高度超過7cm時(shí)，模殼的熱量主要依靠向真空室壁7的輻射來帶走，因此隨鑄件長度的增加，HRS設(shè)備能達(dá)到的溫度梯度逐步降低。圖4是定向凝固中凝固速度(大致等于水冷結(jié)晶器的拉伸速率)、溫度梯度與鑄件尺寸的關(guān)系。圖中的等軸晶、縮孔、斑點(diǎn)、小角度晶界等都是定向和單晶鑄件中常見的缺陷，顯然HRS法生產(chǎn)大葉片時(shí)，由于設(shè)備所能達(dá)到的溫度梯度很小，生產(chǎn)中只能采用很低的凝固速度(拉伸速率)，一方面生產(chǎn)效率極低，另一方面已經(jīng)接近工藝條件的極限(圖中灰色橢圓區(qū))，鑄件很容易產(chǎn)生缺陷，產(chǎn)品合格率很低。所以，HRS法在生產(chǎn)大尺寸定向和單晶鑄件時(shí)，成本極高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種新型定向凝固鑄造方法，具體是一種液態(tài)金屬冷卻定向凝固鑄造方法，使鑄件的溫度梯度更高及拉伸速率更大。
本發(fā)明提供一種新型定向凝固鑄造方法，即將熔化的合金澆鑄到在保溫爐中預(yù)熱的鑄型中，鑄型放置在結(jié)晶器上，鑄型以一定的速度逐漸拉出保溫爐，其特征在于所述放置在結(jié)晶器上的鑄型被以一定的速度拉入低熔點(diǎn)液態(tài)金屬熔池。
本發(fā)明提供的新型定向凝固鑄造方法中，其低熔點(diǎn)液態(tài)金屬熔池可以是Sn熔池，Sn液的溫度為232～380℃。
本發(fā)明提供的新型定向凝固鑄造方法中，其Sn液表面可以使用動(dòng)態(tài)隔熱層，動(dòng)態(tài)隔熱層的材料是耐高溫、熱傳導(dǎo)系數(shù)低、密度低于液態(tài)Sn、高溫下與鑄型材料不反應(yīng)、與Sn不浸潤的材料。
本發(fā)明提供的新型定向凝固鑄造方法中，其動(dòng)態(tài)隔熱層的材料可以是Al2O3、SiO2、SiC或MgAl2O4等。
本發(fā)明提供的新型定向凝固鑄造方法，其動(dòng)態(tài)隔熱層的厚度可以為0.1～10cm。
本發(fā)明提供的新型定向凝固鑄造方法中，當(dāng)合金澆鑄溫度在1450～1800℃時(shí)，鑄型保溫爐溫度為1450-1800℃，拉伸速率在1mm/min～25mm/min。
本發(fā)明提供的新型定向凝固鑄造方法具有如下優(yōu)點(diǎn)可以通過優(yōu)化的工藝參數(shù)得到理想的大尺寸定向凝固和單晶材料，與傳統(tǒng)使用水冷結(jié)晶器定向凝固工藝比較，生產(chǎn)效率顯著提高，材料的宏觀組織在整個(gè)長度范圍內(nèi)均勻，微觀組織偏析小。
圖1為采用本發(fā)明定向凝固25×8×2cm鑄件，得到的鑄件頂端定向結(jié)晶組織；圖2為傳統(tǒng)水冷結(jié)晶器工藝相同鑄件，相同部位得到的定向結(jié)晶組織；圖3為傳統(tǒng)HRS工藝制備定向凝固鑄件示意圖；圖4為定向凝固工藝中溫度梯度、拉伸速率與定向凝固鑄件尺寸、缺陷關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 DZ125L定向合金制備20×80×250mm的板狀鑄件。
鑄型預(yù)先放置在拉伸系統(tǒng)的不銹鋼底盤上，不銹鋼底盤的下半部分浸入熔融的Sn液中，Sn液溫度235℃。使用AlMg2O4作為動(dòng)態(tài)隔熱層材料，動(dòng)態(tài)隔熱層厚度2cm。
模殼溫度保持在1450℃，DZ125L合金錠熔化后，澆入板狀鑄型中，靜置1分鐘，(澆鑄溫度1500℃)。鑄型隨不銹鋼底盤以17mm/min的速度向下拉入Sn液中，實(shí)現(xiàn)定向凝固。
權(quán)利要求
1.一種新型定向凝固鑄造方法，即將熔化的合金澆鑄到在保溫爐中預(yù)熱的鑄型中，鑄型放置在結(jié)晶器上，鑄型以一定的速度逐漸拉出保溫爐，其特征在于所述放置在結(jié)晶器上的鑄型以一定的速度逐漸拉入低熔點(diǎn)液態(tài)金屬熔池。
2.按照權(quán)利要求1所述的新型定向凝固鑄造方法，其特征在于所述低熔點(diǎn)液態(tài)金屬熔池是Sn熔池，Sn液的溫度為232～380℃。
3.按照權(quán)利要求2所述的新型定向凝固鑄造方法，其特征在于在所述Sn液表面使用動(dòng)態(tài)隔熱層，動(dòng)態(tài)隔熱層的材料是耐高溫、熱傳導(dǎo)系數(shù)低、密度低于液態(tài)Sn、高溫下與鑄型材料不反應(yīng)、與Sn不浸潤的材料。
4.按照權(quán)利要求3所述的新型定向凝固鑄造方法，其特征在于所述動(dòng)態(tài)隔熱層的材料是Al2O3、SiO2、SiC或MgAl2O4。
5.按照權(quán)利要求1～4之一所述的新型定向凝固鑄造方法，其特征在于所述動(dòng)態(tài)隔熱層的厚度為0.1～10cm。
6.按照權(quán)利要求1～4之一所述的新型定向凝固鑄造方法，其特征在于當(dāng)合金澆鑄溫度在1450～1800℃時(shí)，拉伸速率在1mm/min～25mm/min。
7.按照權(quán)利要求5所述的新型定向凝固鑄造方法，其特征在于當(dāng)合金澆鑄溫度在1450～1800℃時(shí)，鑄型保溫爐溫度為1450-1800℃，拉伸速率在1mm/min～20mm/min。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型定向凝固鑄造方法，即將熔化的合金澆鑄到在保溫爐中預(yù)熱的鑄型中，鑄型放置在結(jié)晶器上，鑄型以一定的速度逐漸拉出保溫爐，其特征在于所述放置在結(jié)晶器上的鑄型以一定的速度拉入低熔點(diǎn)液態(tài)金屬熔池。本發(fā)明提供的新型定向凝固鑄造方法具有如下優(yōu)點(diǎn)可以通過優(yōu)化的工藝參數(shù)得到理想的大尺寸定向凝固和單晶材料，與傳統(tǒng)使用水冷結(jié)晶器定向凝固工藝比較，生產(chǎn)效率顯著提高，材料的宏觀組織在整個(gè)長度范圍內(nèi)均勻，微觀組織偏析小。
文檔編號B22D27/04GK1853827SQ20051004634
公開日2006年11月1日 申請日期2005年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月29日
發(fā)明者張健, 燕冰川, 樓瑯洪 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所