CN105953583A - 一种高温合金特种铸造用曲面坩埚及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温合金特种铸造用曲面坩埚，包括坩埚主体，其特征在于坩埚主体设置有中空通孔，所述中空通孔包括圆柱形的通孔主体，通孔主体内表面形成若干个弧形凹槽，所述通孔主体的下端为坩埚出口，所述坩埚出口的内径小于通孔主体内径，中空通孔下端通过弧形台阶与坩埚出口相连。本发明属于特种铸造技术领域，通过对高温合金熔炼用的坩埚结构设计及制备，使其应用于高温合金特种铸造技术领域，涉及到坩埚设计、坩埚制备和坩埚结构在高温合金铸件的特种铸造。本发明的优点在于将这种内曲面结构的坩埚应用于高温合金特种铸造工艺中，有安全系数高，寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明属于特种铸造技术领域，涉及到坩埚设计、坩埚制造和坩埚结构在高温合金铸件的特种铸造，具体为一种高温合金特种铸造用曲面坩埚及其制备方法。
背景技术
合金熔炼用坩埚是特种铸造技术领域非常重要的辅助设备。因为坩埚质量不仅决定了合金熔炼的成功与否，还起到保证生产安全、提高成本节约的作用。目前生产用的坩埚如感应炉、电弧炉、电渣炉和等离子炉都是一次性熔炼大量合金再进行分批浇注。然而这样的熔炼方式并不适合目前一些先进的特种铸造技术。
在真空重力浇注、离心铸造、真空离心铸造等先进的特种铸造技术中，坩埚几乎都是一次性熔炼一模所需合金溶液量，因此坩埚熔炼频次高，所受急热急冷冲击高。这就导致了坩埚破损严重需要经常更换，甚至生产中我们经常使用如石英坩埚、刚玉坩埚等一次性坩埚。所以设计制造一款耐热冲击高的坩埚、不仅能够提高特种铸造过程中的生产安全，还可以起到节约成本的作用。
发明内容
本发明的目的在于设计制造一种高温合金特种铸造用曲面坩埚，使其耐急冷急热冲击，从而提高使用次数，不仅可以提高生产安全也可以节约成本。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种高温合金特种铸造用曲面坩埚，包括坩埚主体，其特征在于坩埚主体设置有中空通孔，所述中空通孔包括圆柱形的通孔主体，通孔主体内表面形成若干个弧形凹槽，所述通孔主体的前端为坩埚出口，所述坩埚出口的内径小于通孔主体内径，中空通孔前端通过弧形台阶与坩埚出口相连。
根据本发明的优选实施例，所述弧形凹槽的内表面包括主体凹弧面以及设置在主体凹弧面两侧的连接弧面，相邻两个弧形凹槽的连接弧面平滑连接，且连接点位于中空通孔的公称内径上。
根据本发明的优选实施例，所述弧形凹槽延伸到通孔主体的前部，且通过过渡段与通孔主体的前端部形成光滑连接，所述过渡段形成若干个与弧形凹槽相对应的若干个曲面斜坡。
根据本发明的优选实施例，所述弧形台阶包括第一圆弧面和第二圆弧面，所述第一圆弧面的后端与通孔主体前端部光滑连接，第二圆弧面的前端与坩埚出口光滑连接，第一圆弧面和第二圆弧面之间光滑连接，且两者的弯曲方向相反。
根据本发明的优选实施例，所述坩埚主体的外径为60~150mm，所述中空通孔的公称内径为30~80mm，，所述主体凹弧面圆弧半径为5~12mm。设计的坩埚结构整体尺寸在60mm×200mm—150mm×500mm范围内。
本发明的另一目的在于提供一种制作高温合金特种铸造用曲面坩埚的模具，使制作出来的坩埚耐急冷急热冲击，从而提高坩埚的使用次数。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种制作高温合金特种铸造用曲面坩埚的模具，包括射蜡模具和射蜡模具芯棒，其特征在于
所述射蜡模具包括上模主体和下模主体，所述上模主体和下模主体拼合后内部形成射蜡模腔，所述射蜡模腔为圆柱形孔，且所述圆柱形孔的内壁设置有若干个弧形凹槽，所述弧形凹槽延伸到圆柱形孔的前部，且通过曲面斜坡与圆柱形孔的前端形成光滑连接，所述射蜡模腔的前端设置有台阶状凸起，所述台阶状凸起表面形成与圆柱形孔内壁光滑连接的第一射蜡模具圆弧面，所述第一射蜡模具圆弧面的前端高度高于后端高度，第一射蜡模具圆弧面的前端和第二圆弧面光滑连接，第二射蜡模具圆弧面的前端与出口腔光滑连接，第一射蜡模具圆弧面和第二射蜡模具圆弧面的弯曲方向相反；
所述射蜡模具芯棒包括圆柱形棒体，所述圆柱形棒体的前端设置有前端部，所述前端部的直径小于圆柱形棒体的直径，所述前端部通过锥形圆弧面与圆柱形棒体的前端连接，所述圆柱形棒体的后端沿轴向设置有一孔。
本发明的再一目的在于提供一种制备高温合金特种铸造用曲面坩埚的方法，使制作出来的坩埚耐急冷急热冲击，从而提高坩埚的使用次数。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种制备高温合金特种铸造用曲面坩埚的方法，其特征在于，A、射蜡模具芯棒置入射蜡模具内，对射蜡模具表面射蜡形成对应坩埚内部型腔的蜡模；B、对蜡模进行5-10层制壳工艺形成坩埚模壳机构；C、再将坩埚模壳机构进行脱蜡取射蜡模具芯棒得到初级坩埚结构；D、最后初级坩埚结构进行高温焙烧后即可得到高温合金特种铸造用内曲面坩埚结构。
本发明通过对高温合金熔炼用的坩埚结构设计及制备，使其应用于高温合金特种铸造技术领域。本发明坩埚主体设置中空通孔，目的在于形成可容纳填充合金空间，保证填充合金可在此结构中熔炼，且熔炼后的合金溶液可顺利排放；中空通孔内表面设计弧形凹槽，形成类花瓣形曲面结构，目的在于解决坩埚在高温合金熔炼过程中急冷急热所引起的破裂问题，内曲面结构能够形成热缓冲，使坩埚寿命更长、安全系数更高；中空通孔下端设置弧形台阶机构，目的在于拖住填充合金，并保证合金在熔炼结束前一直停留在坩埚内，随后一次性全部排出。因此，本发明的优点在于将这种内曲面结构的坩埚应用于高温合金特种铸造工艺中，有安全系数高，寿命长等优点。
附图说明
图1为一种高温合金特种铸造用曲面坩埚结构三维剖面图。
图2为一种高温合金特种铸造用曲面坩埚结构工程图。
图3为图2的侧视图。
图4为图2的立体图。
图5为射蜡模具芯棒三维图。
图6为射蜡模具上模图。
具体实施方式
如图1所示，一种高温合金特种铸造用曲面坩埚，包括坩埚主体10，其特征在于坩埚主体设置有中空通孔1，所述中空通孔包括圆柱形的通孔主体，通孔主体内表面形成若干个弧形凹槽2，所述中空通孔1的前端设置坩埚出口4，所述坩埚出口的内径小于通孔主体内径，中空通孔前端通过弧形台阶3与坩埚出口4相连。
如图3所示，根据本发明的优选实施例，所述弧形凹槽2的内表面包括主体凹弧面5以及设置在主体凹弧面5两侧的连接弧面，相邻两个弧形凹槽2的连接弧面平滑连接，且连接点位于中空通孔1的公称内径上，所述主体凹弧面5和连接弧面的弯曲方向相反。
根据本发明的优选实施例，所述弧形凹槽2延伸到通孔主体1的前部，且通过过渡段9与通孔主体前端部8形成光滑连接，所述过渡段9形成若干个与弧形凹槽2相对应的曲面斜坡。因此，所述中空通孔包括3段，从前到后分别为：通孔主体前端部8、过渡段9，以及设置弧形凹槽的通孔主体段，所述过渡段9的长度和通孔主体前端部8的长度均不小于5mm。
根据本发明的优选实施例，所述弧形台阶包括第一圆弧面6和第二圆弧面7，所述第一圆弧面6的后端与圆柱形的通孔主体前端部8光滑连接，所述第二圆弧面7的前端与坩埚出口4光滑连接，第一圆弧面6和第二圆弧面7之间光滑连接，且弯曲方向相反。
根据本发明的优选实施例，所述坩埚主体10的外径为60mm，所述中空通孔1的公称内径D1为32mm，所述主体凹弧面5的圆弧半径为5mm，第一圆弧面6的半径为8mm，第二圆弧面7的半径为12mm。在设计上，坩埚主体10的外径为中空通孔1的公称内径D1的1.8~2.5倍，所述主体凹弧面5的圆弧半径为中空通孔1的公称内径D1的0.15~0.2倍，第一圆弧面6的半径为中空通孔1的公称内径D1的0.25~0.3倍。
图5为射蜡模具芯棒三维图。所述射蜡模具芯棒包括圆柱形棒体11，所述圆柱形棒体11的前端设置有前端部12，所述前端部的直径小于圆柱形棒体的直径，所述前端部通过锥形圆弧面与圆柱形棒体的前端连接，所述圆柱形棒体的后端沿径向设置有一槽口13。槽口13以及设置在芯棒端部的螺纹孔都是后续制壳工艺中方便挂取的。
图6为射蜡模具上模图。如图所示，所述射蜡模具上模包括上模主体，上模主体内设置有上模腔，所述上模腔为一半圆柱形凹陷部14，半圆柱形凹陷部14的内壁设置有多个圆弧形凹槽，上模腔的前部设置有台阶状凸起15，所述台阶状凸起表面形成与半圆形凹陷部光滑连接的第一圆弧面，所述第一圆弧面的前端高度高于后端高度，第一圆弧面的前端和第二圆弧面光滑连接，第二圆弧面的前端与出口腔光滑连接，第一圆弧面和第二圆弧面的弯曲方向相反。所述半圆柱形凹陷部的一侧设置有射蜡槽16，17为坩埚延长部分，保障上端坩埚挂砂后内径的。18是上下模具的定位销。
射蜡模具下模与射蜡模具上模对称设置，上模腔和下模腔合成射蜡模腔，将射蜡模具芯棒置入射蜡模腔，对射蜡模具表面射蜡形成对应坩埚内部型腔的蜡模；对蜡模进行5-10制壳工艺形成坩埚模壳机构；再将坩埚模壳机构进行脱蜡取射蜡模具芯棒得到初级坩埚结构；最后初级坩埚结构进行高温焙烧后即可得到高温合金特种铸造用内曲面坩埚结构。其中高温合金包括高温不锈钢、合金钢、钛合金、钛铝合金等，特种铸造包括真空重力铸造、离心铸造、真空离心铸造等。依靠这种内曲面结构的坩埚应用于高温合金特种铸造工艺中，有安全系数高，寿命长等优点。
本发明的用于高温合金特种铸造工艺的坩埚中，所述的主体中空通孔结构设计，其目的是形成可容纳填充合金空间，保证填充合金可在此结构中熔炼，且熔炼后的合金溶液可顺利排放。
本发明的高温合金特种铸造用曲面坩埚中，所述的中空通孔内表面设计类花瓣曲面结构，其目的是使坩埚适应急冷急热的工作环境，形成热缓冲并保证100-1000次的使用次数。在某种程度上这种内曲面结构也可以增加坩埚的强度。
本发明的高温合金特种铸造用曲面坩埚中，所述的中空通孔下端弧形台阶设计，其目的是为了拖住填充合金并和填充合金形成紧密配合。保证填充合金在熔炼结束前一直停留在坩埚内部，直至熔炼结束使合金溶液一次性流出。且弧形台阶可防止金属液残留、粘结等问题。
本发明的高温合金特种铸造用曲面坩埚中，所述的坩埚毛坯尺寸在60mm×200mm—150mm×500mm范围内，皆可满足特种铸造工艺高温合金的熔炼。
本发明的高温合金特种铸造用曲面坩埚中，所述的射蜡模具芯棒结构需配合射蜡模具制备出对应坩埚内腔结构的蜡模，其目的在于形成复杂的坩埚内部型腔结构。
本发明的高温合金特种铸造用曲面坩埚中，所述的射蜡模具芯棒表面射蜡，蜡主要包括石蜡、微晶蜡、蜂蜡、地蜡和虫白蜡的一种或几种。其目的在于方便制壳，并在制壳后方便射蜡模具芯棒的取出。
本发明的高温合金特种铸造用曲面坩埚中，所述的5—10层制壳工艺，其中面层到壳层用砂料包括锆英砂、莫来石、镁砂、硅砂中的一种或几种。其目的在于形成坩埚整体结构。所述5—10层制壳工艺包括面层、壳层以及位于面层和壳层之间的中间层，其中最里面的是面层，选用大目数的细沙粉，比如200-400目的锆英粉；中间就是中间层或称过渡层；靠外的就是壳层，需用小目数的粗砂，比如15-50目左右的莫来石等。
本发明的高温合金特种铸造用曲面坩埚中，所述的坩埚结构焙烧，可直接焙烧至500-1200℃任意温度，一般焙烧20分钟左右即可，然后投入特种铸造设备中进行高温合金铸件的生产。本发明的高温合金特种铸造用曲面坩埚中，所述的特种铸造主要包括真空重力铸造、离心铸造、真空离心铸造等。
本发明的高温合金特种铸造用曲面坩埚中，所述的高温合金包括高温不锈钢、合金钢、钛合金、钛铝合金等。
Claims (10)
1.一种高温合金特种铸造用曲面坩埚，包括坩埚主体，其特征在于坩埚主体设置有中空通孔，所述中空通孔包括圆柱形的通孔主体，通孔主体内表面形成若干个弧形凹槽，所述通孔主体的下端为坩埚出口，所述坩埚出口的内径小于通孔主体内径，中空通孔下端通过弧形台阶与坩埚出口相连。
2.如权利要求1所述的一种高温合金特种铸造用曲面坩埚，其特征在于，所述弧形凹槽的内表面包括主体凹弧面以及设置在主体凹弧面两侧的连接弧面，相邻两个弧形凹槽的连接弧面平滑连接，且连接点位于中空通孔的公称内径上。
3.如权利要求2所述的一种高温合金特种铸造用曲面坩埚，其特征在于，所述弧形凹槽延伸到通孔主体的前部，且通过过渡段与通孔主体的前端部形成光滑连接，所述过渡段形成若干个与弧形凹槽相对应的若干个曲面斜坡。
4.如权利要求1所述的一种高温合金特种铸造用曲面坩埚，其特征在于，所述弧形台阶包括第一圆弧面和第二圆弧面，所述第一圆弧面的后端与通孔主体前端部光滑连接，第二圆弧面的前端与坩埚出口光滑连接，第一圆弧面和第二圆弧面之间光滑连接，且两者的弯曲方向相反。
5.如权利要求1所述的一种高温合金特种铸造用曲面坩埚，其特征在于，初级坩埚结构进行高温焙烧的温度为500-1200℃。
6.如权利要求1所述的一种高温合金特种铸造用曲面坩埚，其特征在于，特种铸造包括真空重力铸造、离心铸造或真空离心铸造，高温合金包括高温不锈钢、合金钢、钛合金或钛铝合金。
7.一种制作高温合金特种铸造用曲面坩埚的模具，包括射蜡模具和射蜡模具芯棒，其特征在于，所述射蜡模具包括上模主体和下模主体，所述上模主体和下模主体拼合后内部形成射蜡模腔，所述射蜡模腔为圆柱形孔，且所述圆柱形孔的内壁设置有若干个弧形凹槽，所述射蜡模腔的前端设置有台阶状凸起，所述台阶状凸起的后端与圆柱形孔的前端通过一锥形过渡面连接，所述台阶状凸起的前端依次通过第一射蜡模具圆弧面和第二射蜡模具圆弧面与射蜡模具出口腔之间形成光滑连接，第一射蜡模具圆弧面和第二射蜡模具圆弧面的弯曲方向相反；
所述射蜡模具芯棒包括圆柱形棒体，所述圆柱形棒体的前端设置有前端部，所述前端部的直径小于圆柱形棒体的直径，所述前端部通过锥形圆弧面与圆柱形棒体的前端连接，所述圆柱形棒体的后端沿轴向设置有一孔。
8.一种利用权利要求5所述的模具制备高温合金特种铸造用曲面坩埚的方法，其特征在于，A、射蜡模具芯棒置入射蜡模具内，对射蜡模具表面射蜡形成对应坩埚内部型腔的蜡模；B、对蜡模进行5-10层制壳工艺形成坩埚模壳机构；C、再将坩埚模壳机构进行脱蜡取射蜡模具芯棒得到初级坩埚结构；D、最后初级坩埚结构进行高温焙烧后即可得到高温合金特种铸造用内曲面坩埚结构。
9.如权利要求8所述的制备高温合金特种铸造用曲面坩埚的方法，其特征在于，射蜡模具芯棒的表面射蜡，蜡包括石蜡、微晶蜡、蜂蜡、地蜡和虫白蜡的一种或几种。
10.如权利要求8所述的制备高温合金特种铸造用曲面坩埚的方法，其特征在于，制壳采用5-10层制壳工艺，用砂料包括锆英砂、莫来石、镁砂、硅砂中的一种或几种。
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