CN109351946B - 一种复合材料用的真空电磁搅拌吸铸系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合材料用的真空电磁搅拌吸铸系统，它包括有控制柜、电磁搅拌装置、坩埚、坩埚升降装置、感应熔炼装置、粉尘过滤管、真空罐、吸铸管、模具、炉体、控制器，本方案采用真空电磁搅拌吸铸的方法实现合金及其复合材料的熔炼和铸造，真空下熔炼和铸造可避免铸造过程中的吸气；克服了合金及其复合材料流动性差、合金成分偏析、增强体易沉降、增强体分布不均匀的技术难题，有利于获得成分及增强体分布均匀、高性能的合金及其复合材料铸件。

Description

一种复合材料用的真空电磁搅拌吸铸系统

技术领域

本发明涉及合金及其复合材料制备领域，涉及一种真空电磁搅拌吸铸装置和制备方法。

背景技术

复合材料具有比强度和比刚度高、耐磨性好、热膨胀系数低等优点，广泛应用于交通运输、航空航天、及电器电子等领域。目前主要的制备方法有粉末冶金法、液态铸造法、喷射沉积法等。粉末冶金法具有增强体分布均匀，界面结合良好，能在较大范围内改变增强体含量的优点，但是其生产工艺复杂，对设备要求高，生产成本高，难以制备大型复杂构件。

液态铸造法是通过搅拌器的搅拌作用使增强相均匀分布在金属熔体中，然后直接浇铸到模具中凝固成形。随着复合材料应用的不断扩展，大型复杂合金及其复合材料零件的需求逐渐增加。由于复合材料硬度和耐磨性较高，依靠机加工成型不仅加工难度大，而且成本很高，而液态铸造法易于实现近终成形，且成本较低，是制备大型复杂件的最有潜力的方法。但是液态铸造法面临颗粒分散困难，容易吸气，熔体粘度大、流动充型困难等难题，铸造过程中增强相颗粒容易发生沉淀，导致增强相在铸件的不同位置宏观分布不均匀；熔体粘度大导致普通的在大气环境下的浇注难以流动；凝固速度慢导致基体合金组织粗大，增强相偏聚在晶界处，导致微观组织不均匀，力学性能差，限制了其应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合金及其复合材料铸造用的设备，解决合金及其复合材料铸造过程中合金成分偏析及增强体的容易沉降问题，精确控制合金及其复合材料的充型过程，提高铸件宏观和微观组织的均匀性，避免铸造过程中的卷气，从而提高铸件的性能。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种复合材料用的真空电磁搅拌吸铸系统，它包括有控制柜、电磁搅拌装置、坩埚、坩埚升降装置、感应熔炼装置、粉尘过滤管、真空罐、吸铸管、模具、炉体、控制器，炉体下部一端开有入料口，入料口处的地面上固定有炉门轨道，炉门轨道上安装有炉门，炉体一侧的炉门上部安装有伸缩机械手，伸缩机械手上安装有感应熔炼装置，坩埚活动放置在感应熔炼装置内，炉体底部安装有坩埚升降装置，炉体内腔顶部安装有电磁搅拌装置，电磁搅拌装置上方的炉体顶部安装有吸铸室，吸铸室内安装有模具，模具内的吸铸管延伸至炉体内的坩埚上方，炉体上部另一端安装有粉尘过滤管，粉尘过滤管与真空罐连接，真空罐上连接有抽真空系统；炉体、抽真空系统、坩埚升降装置、抽真空装置、感应熔炼装置、电磁搅拌装置均由控制柜和控制器控制，炉体上设有观察孔和温度感应器。

上述真空电磁搅拌吸铸系统用的制备方法包括有：

1）、将预热好的模具放入吸铸室，将合金及其复合材料铸锭放入坩埚中，关闭炉门炉盖，开启抽真空装置对炉体、真空罐、吸铸室进行抽真空；将坩埚下降到感应熔炼装置中，加热使合金及其复合材料铸锭熔化，熔化温度在合金及其复合材料熔点以上10-100℃；

2）、通过坩埚升降装置将坩埚上升至电磁搅拌装置中，开启电磁搅拌，调节搅拌强度使合金及其复合材料熔体搅拌均匀；

3）、通过真空控制装置往炉体内充入惰性气体至所需的压力，吸铸室和真空罐保持真空状态，使炉体和吸铸室间形成气压差，通过真空控制装置控制炉体和吸铸室间阀门的开合度，使合金及其复合材料熔体通过吸铸管上升至模具内，并控制熔体的充型速度；在充型过程中电磁搅拌始终开启，直至充型完毕，保持吸铸过程中合金及其复合材料熔体的均匀性；

4）制备完毕后通过真空控制装置调节炉体、吸铸室、真空罐至大气压，将坩埚下降到感应熔炼装置中，打开行走炉门和吸铸室，取出模具及铸件。

所涉及的合金可以是铝合金、镁合金、铜合金、锌合金、铁合金等；所涉及的复合材料是上述材料为基体的颗粒增强复合材料，增强体可以是碳化硅、氧化铝、氧化铬、碳化硼、硼化钛、碳化钨、金刚石及石墨等；所添加体积分数可以在1-50%。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）熔炼和铸造过程在真空下进行，避免了卷起，减少气孔、夹杂等缺陷，提高了合金及其复合材料的致密度。

（2）在吸铸过程中坩埚中的熔体始终被电磁搅拌，避免了铸造过程中合金及其复合材料的增强体在熔体中的沉降，提高了合金及其复合材料的均匀性。

（3）采用吸铸的方式成型合金及其复合材料，其充型平稳且快慢可调，能够获得更加均匀细小的铸造组织，提高了合金及其复合材料的性能。

（4）坩埚可在感应熔炼系统和电磁搅拌系统之间上下移动，熔炼和吸铸过程可在同一炉内实现，生产效率高。

附图说明

图1为本发明的结构原理图。

具体实施方式

下面结合所有附图对本发明作进一步说明，本发明的较佳实施例为：参见附图1，本实施例所述的复合材料用的真空电磁搅拌吸铸系统，它包括有控制柜1、电磁搅拌装置2、坩埚3、坩埚升降装置5、感应熔炼装置6、粉尘过滤管7、真空罐8、吸铸管9、模具11、炉体12、控制器14，炉体12下部的地面上固定有炉门轨道，炉门轨道上安装有炉门10，炉体12一侧的炉门10上部安装有同轴进电装置，同轴进电装置上安装有感应熔炼装置6，坩埚3活动放置在感应熔炼装置6内，可随炉门一起沿轨道推出，炉体12底部安装有坩埚升降装置5，炉体12内腔顶部安装有电磁搅拌装置2，电磁搅拌装置2上方的炉体12顶部安装有吸铸室19，吸铸室19内安装有模具11，模具11内的吸铸管延伸至炉体12内的坩埚3上方，炉体12上部另一端安装有粉尘过滤管7，粉尘过滤管7与真空罐8连接，真空罐8上连接有抽真空系统20；炉体12、抽真空系统20、坩埚升降装置5、抽真空装置1、感应熔炼装置6、电磁搅拌装置2均由控制柜1和控制器14控制，炉体12上设有观察孔和温度感应器。

上述真空电磁搅拌吸铸系统用的制备方法包括有：

1）、将预热好的模具放入吸铸室，将合金及其复合材料铸锭放入坩埚中，关闭炉门炉盖，开启抽真空装置对炉体、真空罐、吸铸室进行抽真空；将坩埚下降到感应熔炼装置中，加热使合金及其复合材料铸锭熔化，熔化温度在合金及其复合材料熔点以上10-100℃；

2）、通过坩埚升降装置将坩埚上升至电磁搅拌装置中，开启电磁搅拌，调节搅拌强度使合金及其复合材料熔体搅拌均匀；

3）、通过真空控制装置往炉体内充入惰性气体至所需的压力，吸铸室和真空罐保持真空状态，使炉体和吸铸室间形成气压差，通过真空控制装置控制炉体和吸铸室间阀门的开合度，使合金及其复合材料熔体通过吸铸管上升至模具内，并控制熔体的充型速度；在充型过程中电磁搅拌始终开启，直至充型完毕，保持吸铸过程中合金及其复合材料熔体的均匀性；

4）制备完毕后通过真空控制装置调节炉体、吸铸室、真空罐至大气压，将坩埚下降到感应熔炼装置中，打开行走炉门和吸铸室，取出模具及铸件。

电磁搅拌系统采用三相六极电磁搅拌器，抽真空系统采用由滑阀泵、罗茨泵、扩散泵的三级泵结构，极限真空0.005Pa，真空罐容积2立方米。所铸造的合金及其复合材料为碳化硅颗粒增强铝基复合材料，碳化硅体积分数为20%，基体采用A357铝合金。其它未详细描述的结构均采用市面常规部件，直接外购安装使用，抽真空系统对炉体、真空罐、吸铸室进行抽真空至0.005Pa，将坩埚内的合金及其复合材料在感应熔炼系统中熔炼至670℃，通过坩埚升降系统上升到电磁搅拌系统中，开启电磁搅拌，搅拌电压60v，频率50HZ，向炉体中通入惰性气体至大气压，通过真空控制系统调节炉体与吸铸室、真空罐之间的气压差为一个大气压，使熔体通过吸铸管上升到吸铸室的模具中，并通过真空控制系统控制充型速度，整个充型过程中始终开启电磁搅拌，保持熔体中的增强体颗粒不发生沉降，从而获得成型良好、增强体分布均匀的复合材料铸件。

本方案适用于铝基、镁基、铜基、钛基、铁基等各种金属基合金及其复合材料的制备。

以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依照本发明之结构、原理所作的变化，均应涵盖在很发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种复合材料用的真空电磁搅拌吸铸系统，它包括有控制柜（1）、电磁搅拌装置（2）、坩埚（3）、坩埚升降装置（5）、感应熔炼装置（6）、粉尘过滤管（7）、真空罐（8）、吸铸管（9）、模具（11）、炉体（12）、控制器（14），其特征在于：炉体（12）下固定有炉门轨道，炉门轨道上安装有炉门（10），炉体（12）一侧的炉门（10）上部安装有同轴进电装置，同轴进电装置上安装有感应熔炼装置（6），坩埚（3）活动放置在感应熔炼装置（6）内，炉体（12）底部安装有坩埚升降装置（5），炉体（12）内腔顶部安装有电磁搅拌装置（2），电磁搅拌装置（2）上方的炉体（12）顶部安装有吸铸室（19），吸铸室（19）内安装有模具（11），模具（11）内的吸铸管延伸至炉体（12）内的坩埚（3）上方，炉体（12）上部另一端安装有粉尘过滤管（7），粉尘过滤管（7）与真空罐（8）连接，真空罐（8）上连接有抽真空系统（20）；炉体（12）、抽真空系统（20）、坩埚升降装置（5）、抽真空装置（1）、感应熔炼装置（6）、电磁搅拌装置（2）均由控制柜（1）和控制器（14）控制，炉体（12）上设有观察孔和温度感应器；

上述系统的制备方法包括有：

1）、将预热好的模具放入吸铸室，将合金及其复合材料铸锭放入坩埚中，关闭炉门炉盖，开启抽真空装置对炉体、真空罐、吸铸室进行抽真空；将坩埚下降到感应熔炼装置中，加热使合金及其复合材料铸锭熔化，熔化温度在合金及其复合材料熔点以上10-100℃；

2）、通过坩埚升降装置将坩埚上升至电磁搅拌装置中，开启电磁搅拌，调节搅拌强度使合金及其复合材料熔体搅拌均匀；电磁搅拌采用三相六极电磁搅拌器，抽真空系统采用由滑阀泵、罗茨泵、扩散泵的三级泵结构，极限真空0.005Pa，真空罐容积2立方米；所铸造的合金及其复合材料为碳化硅颗粒增强铝基复合材料，碳化硅体积分数为20%，基体采用A357铝合金；

3）、通过真空控制装置往炉体内充入惰性气体至所需的压力，吸铸室和真空罐保持真空状态，使炉体和吸铸室间形成气压差，通过真空控制装置控制炉体和吸铸室间阀门的开合度，使合金及其复合材料熔体通过吸铸管上升至模具内，并控制熔体的充型速度；在充型过程中电磁搅拌始终开启，直至充型完毕，保持吸铸过程中合金及其复合材料熔体的均匀性；

4）制备完毕后通过真空控制装置调节炉体、吸铸室、真空罐至大气压，将坩埚下降到感应熔炼装置中，打开行走炉门和吸铸室，取出模具及铸件。