一种高温合金真空低压熔铸装置

文献发布时间：2024-04-18 19:58:26

技术领域

本发明涉及精密铸造领域，特别涉及一种高温合金真空低压熔铸装置。

背景技术

目前，国内高温合金精铸件一般采用真空感应熔炼、重力浇注的方法成形，该方法存在充型过程合金熔体填充形态可控性差，容易卷入非金属夹杂，对于壁厚差异大且具有大面积薄壁的复杂结构铸件，还容易产生浇不足和缩松缩孔等缺陷。低压铸造、真空吸铸、调压铸造和差压铸造等反重力铸造是一种合金熔体在气体压力或者电磁力的驱动下自下而上填充型腔并在压力作用下凝固的铸造方法，具有合金熔体充型过程平稳可控、充型性能和凝固补缩性能良好的优点，可有效减少氧化夹杂等缺陷。国外于上世纪八十年代将反重力铸造技术用于高温合金，生产了大量优质铸件，但关键工艺和技术目前仍严格保密；国内反重力铸造技术，在密度较小、熔点较低的铝合金、镁合金等领域，较传统重力铸造表现出优异的夹杂物控制能力，在大型复杂薄壁铸件成形方面基本取代了传统重力铸造；但是在高温合金等高熔点、易氧化合金精密铸造方面相关研究起步较晚，工艺装备、关键部件和应用基础都处于探索阶段。

经对现有技术的文献检索发现：专利US6684934B1公开了一种适用于高温合金的真空反重力铸造装置。该装置采用卧式结构，分为熔炼室和反重力铸造室；反重力铸造室内设有可上下移动的钟罩，用于抓取砂箱和中间隔板，熔炼室设有可往返于熔炼室和反重力充型室的熔炼装置，通过调节钟罩和熔炼装置内压力大小，可以实现半连续真空低压、差压和调压等铸造方法；该装置主要存在坩埚底部残留合金熔体，需要频繁更换坩埚、生产效率低的问题。专利CN111375743A公开了一种复杂结构高温合金件铸造装置，该装置集成了真空反重力铸造和热控凝固的技术优势，适用于具有复杂结构、分散热节特征的高温合金件；但是该专利同样存在坩埚底部合金熔体清理困难的问题，且铸型需要在设备中预热，生产节奏缓慢。专利CN102717051A公开了一种高温合金复杂薄壁铸件精密调压铸造装置，该装置为上下罐体结构，上罐体中放置铸型，下罐体熔炼合金，同样采用调节上下罐体中的压力的方式实现合金熔体的反重力充型；该装置主要存在铸件浇注后需要破除上下罐体中的真空，难以实现半连续工作且同样存在坩埚底部残留合金难以清理的问题。

先进航空航天发动机和燃气轮机等用高温合金部件复杂薄壁化，传统熔模铸造技术面临铸件成形能力不足、成品率低和生产成本较高的问题。因此开发一种功能完备、材料利用率和生产效率高的高温合金反重力铸造装置，对国内高温合金反重力铸造技术实现工程化应用，具有十分重要的意义。

发明内容

针对国内外高温合金反重力铸造装置存在结构复杂、生产效率低和设备适用范围窄、利用率低等问题，本发明的目的是在于提供一种设备利用率和生产效率高的铸造装置，助力我国高温合金铸件成形技术升级。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种高温合金真空低压熔铸装置，其特征在于：由熔炼室1、闸板阀A2、低压铸造室3、闸板阀B4、重力铸造室5、闸板阀C6、加料室7和测温室8组成。

所述熔炼室1和低压铸造室3通过闸板阀A2隔开，内设有导轨9和熔炼装置10。

所述低压铸造室3设有低压铸造平台11和压紧机构12。

所述的重力铸造室5，与熔炼室1通过闸板阀B4隔开，内设可水平移动的型壳转移车13；型壳转移车13上放置重力铸造型壳14。

所述的导轨9是非连续的、局部断开的。

所述的熔炼装置10，其特征在于由支架10a、罐体10b、随动轮10c、感应线圈10d、坩埚10e、电极大轴10f、电源车架10g、翻转电机10h和电源柜10k组成；

所述支架10a呈倒“T”字形，下端设有一排滑轮，能于导轨9上实现往复且连续运动，与电极大轴10f连接处设有轴承，起支撑电极大轴10f和罐体10b的作用；

所述罐体10b内置水冷通路，上端面低于感应线圈10d 50mm～500mm，外壁与电极大轴10f相连，底部连接随动轮10c；

所述随动轮10c位于导轨9上时可起支撑罐体10b的作用，位于导轨9断开位置时处于悬空状态，便于罐体10b实现翻转动作；

所述电极大轴10f内置铜电极及水冷管路，一端连接罐体10b，另一端连接电源车架10g和翻转电机10h；

所述电源车架10g，上置电源柜10k,一侧与电极大轴10g相连，由液压机构驱动，可带动电源柜10k、电极大轴10g和罐体10b等实现水平移动；

所述的熔炼装置10，其特征在于坩埚10e可在电源车架10g带动下可实现连续稳定的水平往复运动；在翻转电机10h带动下，通过电极大轴10f传递扭矩，实现翻转动作；

所述熔炼装置10，其特征在于可在低压铸造位置和重力铸造位置两个位置工作；位于低压铸造位置时，配合低压铸造平台11可实现合金熔体低压铸造成形；位于重力熔铸位置时，在翻转电机10h驱动下翻转坩埚10e，可实现合金熔体重力浇注。

所述的低压铸造平台11，其特征在于由中间隔板11a，圆筒侧壁11b、和升降柱11c组成；

所述中间隔板11a中心预留圆孔安放升液管15，上置砂箱16和低压铸造型壳17；

所述圆筒侧壁11b上端与中间隔板11a连接，侧面设有惰性气体加压管路AP1和卸压管路AP2；

所述升降柱11c上端与中间隔板11a连接，用以实现中间隔板11a升降动作，行程为300mm～1500m。

所述升液管15,其特征在于采用热压注方法成型，基体材料为氧化硅，外覆一层0.5～2mm厚的氧化铝保护涂层。

所述的高温合金真空低压熔铸装置，一方面可以实现高温合金铸件的真空低压铸造成形，高温合金熔体在气体压力驱动下自下而上填充型腔，并在压力作用下凝固，进而得到充型完整、夹杂物含量低和组织致密的复杂薄壁铸件；另一方面本装置可用于形状结构相对简单、内外部质量要求较低的高温合金件的重力铸造成形。本发明的同样适用于其他易氧化、高熔点合金的精密铸造。

本发明与现有技术相比，其优点在于：

可实现高温合金铸件真空低压精密铸造成形，较传统重力熔铸而言，可提高合金熔体充型补缩能力，减少高温合金件内部氧化物夹杂，提高合金材料利用率；可同时实现高温合金真空重力熔铸和真空低压铸造两种精铸工艺，设备适用范围广、利用率高；解决了国内外现有高温合金反重力铸造装置的坩埚底部残留合金熔体的问题，避免了合金熔体污染坩埚导致坩埚频繁更换的问题，提高生产效率。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明高温合金件真空铸造装置结构示意图；

图2为本发明熔炼位置示意图；

图3为本发明低压铸造位置示意图；

图4为本发明重力铸造位置示意图；

图5为熔炼装置示意图；

图6为低压铸造平台示意图。

图中，熔炼室1、闸板阀A2、低压铸造室3、闸板阀B4、重力铸造室5、闸板阀C6、加料室7、测温室8、导轨9、熔炼装置10、低压铸造平台11、压紧机构12、型壳转移车13、重力铸造型壳14、升液管15、砂箱16、低压铸造型壳17；支架10a、罐体10b、随动轮10c、感应线圈10d、坩埚10e、电极大轴10f、电源车架10g、翻转电机10h和电源柜10k；中间隔板11a，圆筒侧壁11b、和升降柱11c；加压管路AP1和卸压管路AP2。

具体实施方式

下面将结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释，但并不局限本发明，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。