CN110227803A - 一种多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具，主要包括：圆柱体金属铸造型腔、矩形金属铸造型腔以及水冷系统。所述圆柱体金属铸造型腔设有导流斜坡，而且此部分可自由更换柱形组件，以铸造不同体积、不同形状的柱形铸件。所述矩形金属铸造型腔设有导流斜坡，并设有T形水冷滑块和长方体水冷组件，通过调节T形滑块的位置和更换长方体组件，以铸造不同大小、不同形状的块状铸件。所述水冷系统包括模具体内部整体式水冷、T形滑块局部水冷与长方体组件局部水冷。本发明铸造模具，通过接触式水冷带走热源部位的热量，从而使铸件得到稳定且充分的冷却，减少了铸件内部缺陷，提升了铸件的质量。
Description
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，具体属于一种高熔点金属铸造模具。
背景技术
难熔高熵合金是由多种元素以等摩尔或近等摩尔的比例混合,形成的以简单固溶体结构为基体的系列成分复杂合金。其潜在的应用领域包括:模具与刀具、电子元器件、发动机、耐磨涂层、高频交流材料、核结构材料、光传输材料、生物医用材料、热阻隔材料、储氢材料、船舶与海洋工程材料、化工材料、耐腐蚀材料、耐磨材料、热电材料、超导材料和电磁材料。
熔炼铸造是一种金属材料成型的常用方法，便于工业化应用，被广泛用来制备成型高熵合金。然而，由于难熔高熵合金熔点高（一般在2000℃以上），对熔炼和铸造模具提出了非常高的要求，且难熔高熵合金通常含有W、Ta、Zr、Ti等活性金属，易与石墨等碳材料发生反应，污染铸造成型的难熔高熵合金铸锭，从而使常用的石墨和C/C复合材料等耐高温模具无法应用。此外，难熔高熵合金具有较高的硬度，后续加工较为困难，实现其规则形状铸锭及近成型具有重要意义。
发明内容
本发明针对现有技术难题，目的在于提供一种多形态、多体积的难熔高熵合金铸造成型模具，且能够加快金属铸件的冷却、平衡铸型温度场，得到高质量的规则坯锭。
为实现上述目的，将本发明多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具分为两段式设计，模具一侧设计为圆柱体铸造型腔，模具另一侧设计为矩形铸造型腔，且模具内部设有循环水冷，底部与底板焊接；水冷系统包含整体式水冷系统与局部水冷系统；所述整体式水冷系统即在矩形铸造型腔的端面对角线位置分别开设水冷通道，模具体内部设有水腔，以达到循环水冷效果；所述局部水冷系统分别为T形滑块局部水冷和长方体组件局部水冷；冷却系统以循环水为冷却介质，模具体内设有冷却水通道，其入水口和出水口分别连接至模具外置的水循环装置。
进一步地，所述圆柱体铸造型腔，通过在圆柱型腔里更换不同组件以铸造不同体积、不同形状的铸件，其铸造所得棒状铸锭直径最大100mm，高度范围为10mm～150mm。
进一步地，所述矩形铸造型腔，通过调节T形滑块的位置和更换长方体组件，以铸造不同体积、不同形状的铸件。其铸造所得铸锭长度范围为50mm～150mm，宽度为100mm，高度范围为10mm～150mm。
进一步地，所述整体式水冷即在模具体内设有两个固定连通水腔，且设置在所述铸件的热源部位外侧，水压范围为0.15～0.2MPa，水温不超过60℃。
进一步地，所述T形滑块，可在滑道上自由滑动，并通过两侧螺栓紧固。模具体上滑道长度范围为50mm～100mm。
进一步地，所述圆柱体铸造模具型腔与矩形铸造模具型腔顶部均设有环形导流斜坡，其与水平面夹角范围为30°～60°。
本发明的有益效果是：
（1）本发明所设计的多功能水冷式铸造成型模具耐温高，可用于熔点3000℃以上难熔高熵合金的铸造成型；
（2）本发明所设计的多功能水冷式铸造成型模具采用纯铜制造，且循环水冷却，模具不与铸造的高熵合金发生反应，所铸造成型的难熔高熵合金纯度高，不受铸造模具污染；
（3）本发明所设计的多功能水冷式铸造成型模具，可分别用不同的模具型腔或更换不同的型腔组件，且矩形型腔的长度可调，可铸造出不同形态、不同体积的规则金属铸件或者近成型铸件；
（4）本发明所设计的多功能水冷式铸造成型模具，在铸件的热源周围设置冷却水腔连接传热，通过接触强制冷却而带走热源部位热量，从而使铸件满足同时凝固的原理，减少缺陷产品，可有效地提高铸件质量。且模具的冷却介质采用水，冷却水在模具内部循环流动，充分利用了模具的整体结构；
（5）本发明所设计的多功能水冷式铸造成型模具型腔口均设有导流斜坡，在倾倒熔融金属液时可防止溅漏。
附图说明
图1为本发明多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具整体结构示意图。
图2为本发明多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具俯视图。
图3为本发明多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具局部剖视图。
图4为本发明多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具整体式水冷系统内部结构示意图。
图5为本发明多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具可换长方体组件。
图6为本发明多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具可换柱形组件。
图1-3中：1矩形铸造型腔、2圆柱体铸造型腔、3长方体水冷组件、4柱形组件、5T形水冷滑块、6底板、7T形块滑道、8螺栓、9导流斜坡、10进水口、11出水口、12进水口、13进水口、14出水口、15出水口、16进水口、17出水口。
具体实施方式
为使本发明实现的技术方案、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1-图5，本发明提供一种技术方案:一种多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具，其结构包括矩形铸造型腔1、圆柱体铸造型腔2、长方体水冷组件3、柱形组件4、T形水冷滑块5、底板6、T形块滑道7、螺栓8、导流斜坡9、水冷系统。所述圆柱体铸造型腔2如图2所示，为模具体右侧圆形盲孔，可在其内部加装柱形组件，以铸造不同形态、不同体积的铸锭，且其顶部设导流斜坡9；所述矩形铸造型腔1如图2所示，为模具体左侧半包围式矩形盲孔，顶部设导流斜坡9，与左侧端面T形滑块5组成包围式结构；所述螺栓8，布置在T形块滑道7外侧，并与滑道采用间隙配合方式活动连接；所述柱形组件4形似圆头螺栓，与之配对更换的组件如图6所示；所述长方体组件3内部设有“凹”形水腔，与之配对更换的组件如图5所示；所述T形滑块5内部设有水腔，其可在T形块滑道7上自由滑动，并通过两侧螺栓8紧固，以控制铸锭的长度；所述底板6焊接在模具体下部。
根据实施例介绍水冷系统工作原理，请参阅图1、3、4，其为本实施例多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具的结构示意图，首先将水冷管与进水口10相连接，同时用水冷管将出水口11连接，向进水口10注入冷水使其充满两个水腔，最终水腔中的水达到循环水冷；然后将水冷管与进水口12、13相连接，同时将出水口14、15与水冷管连接，向进水口12、13注入冷水使其充满T形滑块水腔和长方体组件水腔，最终水腔中的水达到循环水冷。此时，调整T型滑块在滑道的位置，并调整长方体组件的位置，使矩形型腔内形成长宽高为150mm×100mm×120mm的模腔形状，然后向其内部倒入熔融的金属液体。在水冷系统的调节冷却下，形成同时凝固的温度场，冷却并得到铸件。
与现有技术相比较，本发明的多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具至少具有以下优点：
(1)在铸件的热节部位(厚大部位、铸型温度场的高温区、易出现缺陷的部位)设置冷却水腔与模具特定部位连接传热，通过接触强制冷却而带走热节部位热量，从而使产品满足同时凝固原理，减少缺陷产品损失，可有效地提高产品质量；
(2)冷却器采用水冷方式，且冷却系统采用冷却水作为冷却介质，冷却水在模具内部循环流动，充分利用模具的整体结构；
(3)在同一模具上，可以铸造出不同形态、不同体积的金属铸件；
(4)型腔口均设有导流斜坡，在倾倒熔融金属液时可防止溅漏；
(5)本发明所设计的多功能水冷式铸造成型模具耐温高，可用于熔点3000℃以上难熔高熵合金的铸造成型；
(6)本发明所设计的多功能水冷式铸造成型模具采用纯铜制造，且循环水冷却，模具不与铸造的高熵合金发生反应，所铸造成型的难熔高熵合金纯度高，不受铸造模具污染。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具，其结构为一体式结构。所述模具主要包括圆柱体铸造型腔、矩形铸造型腔和水冷系统；其特征在于：模具设计为阶梯状，在模具一侧设计为圆柱体铸造型腔，在模具另一侧设计为矩形铸造型腔，且模具内部设有循环水冷，底部与底板焊接。所述水冷系统包含整体式水冷系统与局部水冷系统。
2.根据权利要求1所述的一种多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具，其特征在于：所述圆柱体铸造型腔直径为100mm，高150mm，可以通过在圆柱模具型腔内放入不同直径的圆柱体组件（或不同形态柱形组件）来改变铸锭的形状与大小。其铸造所得棒状铸锭尺寸可达φ100×150mm。
3.根据权利要求1所述的一种多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具，其特征在于：所述矩形铸造型腔长度为200mm，宽100mm，高150mm，在其端面设有T形滑块，在其下方设有长方体组件。模具体上滑道长度范围为50mm～100mm，通过滑动T形滑块和插入不同长方体组件，来改变铸锭的形状与大小。其铸造所得铸锭长度范围为50mm～150mm，宽度为100mm，高度范围为10mm～150mm。
4.根据权利要求3所述的一种多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具，其特征在于：所述T形滑块，设于模具体的矩形金属铸造型腔的端面，可在滑道上自由滑动，并通过两侧螺栓紧固，以控制铸锭的长度范围50mm～150mm。
5.根据权利要求3所述的一种多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具，其特征在于：所述长方体组件，位于矩形金属铸造型腔的底部，可更换不同的长方体组件，以控制铸锭形状和控制铸锭高度范围为10mm～150mm。
6.根据权利要求1所述的一种多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具，其特征在于：所述圆柱体铸造模具型腔与矩形铸造模具型腔顶部均设有导流斜坡，其与水平面夹角范围为30°～60°，以便于倾倒熔融金属液。
7.根据权利要求1所述的一种多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具，其特征在于：所述整体式水冷系统即模具体内部设有两个固定水腔，两水腔互相连通，并在矩形铸造型腔的端面对角分别开设冷却水通道，接入循环水使模具体降温，水压范围为0.15～0.2MPa，水温不超过60℃。
8.根据权利要求1所述的一种多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具，其特征在于：所述局部水冷系统，T形水冷滑块与长方体水冷组件，内部均设有水腔，与模具体整体水冷系统相配合，以达到铸锭均匀降温的效果，水压范围为0.15～0.2MPa，水温不超过60℃。
9.根据权利要求1所述的一种多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具，其特征在于：所述模具和其组件材料均为纯铜。
10.权利要求所述的一种多功能水冷式难熔高熵合金铸造成型模具应用于高温金属熔铸成型。
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