CN110170637B - 一种保持铸件定向凝固过程稳定性的设备与工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种保持铸件定向凝固过程稳定性的设备与工艺，包括步骤：对凝固过程中模壳中的合金液的温度进行监测与控制。本发明通过对模壳内金属液直接测量和加热的方法,保证在铸件特别是大尺寸铸件在定向凝固的后期仍然能够保持所需要的液体温度和较高的温度梯度,防止了凝固条件的恶化,避免了疏松、雀斑和组织粗大等缺陷的产生，提高了铸件的良品率和机械性能。

Description

一种保持铸件定向凝固过程稳定性的设备与工艺
技术领域
本发明涉及精密铸造技术，更具体的是涉及一种保持铸件定向凝固过程稳定性的设备与工艺。
背景技术
在高温合金铸件的定向凝固过程中,由于模壳底盘不断下降，炉底越来越敞开，炉腔内的热量散失严重。虽然加热器的温度能够保持不变，但由于炉腔温度的降低，使模壳内金属液的温度和凝固前沿温度梯度大幅度降低，使得凝固缺陷增加，铸件组织和性能下降。特别是大型铸件如重型燃机叶片,由于尺寸大, 定向凝固时间长,在凝固过程后期模壳中金属液温度的下降幅度更大,造成凝固条件的明显恶化。
发明内容
本发明的目的是改善铸件特别是大尺寸铸件在定向凝固后期即铸件的中上部因温度梯度下降引起的组织粗大和疏松缺陷问题。
针对定向凝固后期合金液体温度下降的现象,本发明提出了用激光器对浇口杯中合金液体进行直接加热的措施。具体为在定向凝固炉壳上面安装一激光发生器，通过炉壳盖上的窗口和保温顶层的圆孔，直接加热模壳浇口杯内的金属液。由于金属液有良好的导热能力，温度能够很快达到均匀化。另外安装光学测温仪,实时检测合金液体的温度，通过计算机来自动调整激光器的加热功率，从而控制金属液温度和凝固前沿的温度梯度，保证铸件定向凝固过程的稳定性。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明通过对模壳内金属液直接测量和加热的方法,保证在铸件特别是大尺寸铸件在定向凝固的后期仍然能够保持所需要的液体温度和较高的温度梯度,防止了凝固条件的恶化, 避免了疏松、雀斑和组织粗大等缺陷的产生，提高了铸件的良品率和机械性能。
附图说明
图1为本发明保持铸件定向凝固过程稳定性的设备截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，基于现有设备，本发明对设备改造过程如下：在定向凝固炉壳10的上盖开一小窗口11，炉内保温盖8开一小孔9；在炉子上面安装一台激光发生器12和一台光学测温仪13,使得激光和测温光束正好对准炉内模壳浇口杯3的中心。
工艺改进：原来是将金属液浇注入模壳3后便盖上保温盖8，通过底盘升降装置7向下抽拉模壳3，但无法对金属液4的温度进行监控和调整。现在可以通过光学测温仪13测量模壳3中的金属液4的温度,通过激光器12发出的激光束补充金属液的温度降，由计算机自动控制金属液温度保持在预定范围。
结果确认:在凝固过程结束后，关闭光学测温和激光加热系统。清理铸件，检查缺陷，统计成品率；并检测铸件的宏观和微观金相组织。与改进前作对比，确认改进效果。
如图1所示，本发明实施例中，保持铸件定向凝固过程稳定性的设备包括：定向凝固炉壳10，定向凝固炉壳10内设置有保温层2，保温层2内设置有加热器1，保温层2形成容纳模壳3的空间14，模壳3设置在保温层2内，所述保温层2上部设置有保温盖8以便于模壳3内进行金属液4的浇注，在定向凝固炉壳10的上部设置有炉壳窗口11，对应的，在所述保温盖8上设置有小孔9，在所述定向凝固炉壳10的上设置有激光器12和光学测温仪13，激光器12通过炉壳窗口10及小孔9可将激光束射入模壳3内对金属液4进行加热，同时，光学测温仪13通过炉壳窗口10及小孔9可将测温光线射入模壳3内对金属液 4进行测温，此时，可根据光学测温仪13的测温结果，控制激光器12对模壳3 内的金属液4进行加热，保证在铸件特别是大尺寸铸件在定向凝固的后期仍然能够保持所需要的液体温度和较高的温度梯度,防止了凝固条件的恶化,避免了疏松、雀斑和组织粗大等缺陷的产生，提高了铸件的良品率和机械性能。
本实施例中，铸件定向凝固过程的工艺步骤包括：
对模壳3内的金属液进行温度监控；
根据温度监控结果，对模壳3内的金属液进行加热。
具体的，对模壳3内的金属液进行温度监控可以是通过光学测温仪13进行监控，对模壳3内的金属液进行加热可以是通过激光器12进行加热。
如图1所示，当模壳3下降时，底部金属液首先凝固形成固态部分5，而上部逐渐凝固，本发明的方案可以保证在铸件特别是大尺寸铸件在定向凝固的后期仍然能够保持所需要的液体温度和较高的温度梯度,防止了凝固条件的恶化,避免了疏松、雀斑和组织粗大等缺陷的产生，提高了铸件的良品率和机械性能。
上述实施例仅用于说明本发明的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，都应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种保持铸件定向凝固过程稳定性的工艺，其特征在于，在铸件的定向凝固过程中，模壳底盘不断下降，定向凝固炉炉底越来越敞开，包括步骤：
对定向凝固过程中模壳中的合金液的温度进行监测与控制；
在定向凝固炉的上部安装光学测温仪，以检测模壳浇口杯中的合金液温度；
在定向凝固炉的上部安装激光器，以直接加热模壳浇口杯中的合金液；
根据测温仪测到的合金液温度降，通过激光器对合金液进行实时加热补偿,将温度保持在预定范围。
2.按照权利要求1所述的保持铸件定向凝固过程稳定性的工艺，其特征在于：光学测温仪和激光器的光束通过炉盖上的窗口和保温盖上的小孔正好射进模壳浇口杯的中心。
3.按照权利要求1所述的保持铸件定向凝固过程稳定性的工艺，其特征在于：凝固过程中光学测温仪对合金液温度进行连续测量。
4.按照权利要求1所述的保持铸件定向凝固过程稳定性的工艺，其特征在于：激光器的加热功率，由计算机根据测温结果和预设温度进行控制，目的是得到稳定的凝固条件、凝固组织和铸件质量。
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Effective date of registration: 20211202

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Pledgee: CITIC Bank Limited by Share Ltd. Shenzhen branch

Pledgor: SHENZHEN WEDGE ZHONGNAN RESEARCH INSTITUTE CO.,LTD.|SHENZHEN WEDGE AVIATION TECHNOLOGY CO.,LTD.

Registration number: Y2021440020138

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