[发明专利]熔体微区冲击式全等轴晶铸锭的制备装置及方法

说明书

一种熔体微区冲击式全等轴晶铸锭的制备装置，包括：设置于独立控制压力的上腔体内的熔体释放机构和设置于独立控制压力的成型腔体内的冷凝机构之间的多孔分流盘，以及控制机构，其中：控制机构分别向熔体释放机构发出上引指令，向冷凝机构发出下引指令，向上腔体和成型腔体各自连接的真空泵发出气压调节指令，从而实现熔体在气压差的作用下从多孔分流盘产生连续或间歇的微液滴并喷至铸型内腔表面发生冲击作用冷凝后形成铸锭。本发明通过多孔分流盘使金属液产生连续或间歇的微液滴，以较大速度冲击至下方铸型中并凝固形成金属铸锭。与气体雾化喷射相比，本发明提高了合金锭的致密度，提高了铸锭的生产效率，可以快速制备合金铸锭。

技术领域

本发明涉及的是一种冶金领域的技术，具体是一种熔体微区冲击式全等轴晶铸锭的制备装置及方法。

背景技术

常规铸造法铸造金锭存在凝固的先后问题，导致很难得到全部的等轴晶组织。合金组织中总会存在一定比例的柱状晶，不利于通过后续的变形过程得到较高的合金性能。对于大型合金铸锭而言，由于主要合金元素在液固界面发生偏析，从边部到心部容易产生较大的宏观元素偏析，严重影响铸锭质量。现有技术采用喷射成形的方法可以制备无宏观成分偏析的铸锭，但该方法制备的铝锭气孔率高、组织不致密且氧化严重。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种熔体微区冲击式全等轴晶铸锭的制备装置及方法，以金属微液滴冲击的方式提高合金锭的致密度，能够快速制备全等轴晶组织且无宏观元素偏析的合金铸锭。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：设置于独立控制压力的上腔体内的熔体释放机构和设置于独立控制压力的成型腔体内的冷凝机构之间的多孔分流盘，以及控制机构，其中：控制机构分别向熔体释放机构发出上引指令，向冷凝机构发出下引指令，向上腔体和成型腔体各自连接的真空泵发出气压调节指令，从而实现熔体在气压差的作用下从多孔分流盘产生连续或间歇的微液滴并喷至铸型内腔表面发生冲击作用冷凝后形成铸锭。

所述的多孔分流盘为均布分流孔的圆形或多边形盘，其下方设有预热装置以使流经的金属熔体不发生凝固现象。

所述的熔体释放机构包括：坩埚、上引装置和塞杆，其中：塞杆的头部与上引装置连接，塞杆的底部嵌入坩埚的底部并在处于最低位时与多孔分流盘接触，上引装置与控制机构相连并接收上引指令。

所述的坩埚的顶部设有保温罩，其外部设有加热器和电磁搅拌器。

所述的冷凝机构包括：正对多孔分流盘设置的带有冷却水管的冷凝台和带有位移控制器的下引装置，其中：下引装置通过位移控制器与控制机构相连并接收移动步幅信息和移动方式信息。

所述的上腔体和成型腔体均通过进气管道与惰性气源相连以向其内部传输惰性气体，该进气管道均设有阀门以控制通断。

本发明涉及一种运用上述装置的熔体微区冲击式全等轴晶铸锭的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、塞杆处于最低位使多孔分流盘封闭，将完全熔化的金属液倒入坩埚并停留1小时使温度达到大于合金熔点的T₁；将上腔体和成型腔体抽真空并在上腔体内充入适量氩气使其气压为P₂，而成型腔体内不充或充入少量的氩气使其气压为P₁，且满足P₂＞P₁；将预热装置置于多孔分流盘的正下方并使多孔分流盘预热至大于合金熔点T₂；打开电磁搅拌器使金属液成分和温度保持均匀；

步骤2、设定多孔分流盘的底面到铸型内腔的底面的距离为h，并设定合理的冷凝台下引速度V₂；