CN204308137U - 一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，包括上端开口的钢桶，所述钢桶的底部上方设置有石墨垫板，所述石墨垫板上方设置有石墨模具，所述石墨模具的上端设置有与石墨模具相配合的保温冒口，所述石墨模具的外壁螺旋缠绕有冷却水管，所述冷却水管的一端穿出钢桶作为进水口，冷却水管的另一端穿出钢桶作为出水口，所述进水口位于出水口的下方，所述钢桶内且位于石墨模具的外侧填充有氧化铝砂，所述氧化铝砂的顶端高度不超过石墨模具的上端。本实用新型的工装具有结构简单、使用可靠性高、成本低廉、重复操作性强等特点。
Description
技术领域
本实用新型属于熔炼工装技术领域，具体涉及一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装。
背景技术
燃气轮机作为一种动力机械，广泛用于航空、发电、原油和天然气输送、交通运输以及冶金，化工等部门。燃气轮机叶片在服役过程中遭受高温氧化和热腐蚀破坏，为提高叶片使用寿命，保证燃气轮机的安全稳定运行，采用防护性涂层是目前最有效的办法。NiCrAlYSi为常见的高温防护涂层，与基体具有很好的粘附性和较低的互扩散性，而且有很好的抗高温氧化，抗热腐蚀性能，以及高的韧性和抗热疲劳强度。广泛用于航空等各类燃气轮机热端部件，如涡轮机工作叶片、导向热片、燃烧室等部件。近年来，随着我国航空事业发展，NiCrAlYSi合金靶材的需求量增大，同时具有很重要的战略意义。
NiCrAlYSi防护涂层是其合金靶材通过多弧离子镀、电子束物理气相沉积、溅射等喷涂方法，基体上加很高的负偏压，利用气体放电使气体或被蒸发的物质部分离化，在气体离子或者被蒸发物质离子轰击作用的同时把NiCrAlYSi合金靶材的蒸发物质或者反应物沉积在基片上。所以，NiCrAlYSi合金靶材的制备和质量保证是NiCrAlYSi防护涂层使用的基础，是基片上NiCrAlYSi防护涂层稳定性的有力保障。NiCrAlYSi合金靶材的制备通常是采用真空熔炼和铸造技术，但是在制备过程中生产效率较低，合金铸锭中存在大量的缩孔和疏松等缺陷，严重制约着NiCrAlYSi防护涂层的使用和发展。
NiCrAlYSi为高温合金，普通铸造过程中，存在铸件局部和整体的冷却不平衡，破坏了熔体的顺序凝固，容易在铸件中产生缺陷如缩孔、缩松以及在铸件中形成残余应力。所以制备出的NiCrAlYSi合金靶材铸锭只能使用底部三分之一的材料，其余材料只能进行重熔或直接报废，这样不仅生产效率低而且造成材料和能源浪费。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装。该工装具有结构简单、使用可靠性高、成本低廉、重复操作性强等特点。该工装在石墨模具上端设置保温冒口，保温冒口在合金液浇注过程中起到引流作用，并对合金液进行保温，使上部的合金液流动性增加；设置氧化铝砂，能够对浇入石墨模具中的合金液进行保温，降低合金液在石墨模具顶部靠近内壁位置的凝固速度，使顶部合金液的流动性增加，对底部的合金进行补缩；在石墨模具外螺旋缠绕冷却水管，能够对石墨模具中下部进行冷却，控制合金凝固时的热流速率和方向。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，包括上端开口的钢桶，所述钢桶的底部上方设置有石墨垫板，所述石墨垫板上方设置有石墨模具，所述石墨模具的上端设置有与石墨模具相配合的保温冒口，所述石墨模具的外壁螺旋缠绕有冷却水管，所述冷却水管的一端穿出钢桶作为进水口，冷却水管的另一端穿出钢桶作为出水口，所述进水口位于出水口的下方，所述钢桶内且位于石墨模具的外侧填充有氧化铝砂，所述氧化铝砂的顶端高度不超过石墨模具的上端。
上述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述石墨垫板的厚度为10mm～15mm，石墨垫板为圆板，所述石墨模具的横截面为圆形，石墨垫板的直径比石墨模具的外径大50mm～100mm。
上述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述石墨垫板的上方设置有用于封堵石墨模具底部的石墨垫片。
上述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述保温冒口的材质为耐火砖，保温冒口的高度为50mm～70mm。
上述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述冷却水管的底部与石墨模具底部之间的垂直距离为30mm～50mm，冷却水管的顶部位于石墨模具中心往上30mm～50mm，冷却水管螺旋缠绕的螺距为2mm～5mm。
上述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述冷却水管为截面为方形的铜管，所述铜管的截面外边长为5mm～10mm，壁厚为0.5mm～1mm。
上述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述石墨模具的内径为50mm～80mm，高度为200mm～300mm，壁厚为10mm～15mm。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、本实用新型的工装具有结构简单、使用可靠性高、成本低廉、重复操作性强等特点。
2、本实用新型的工装在石墨模具上端设置保温冒口，保温冒口在合金液浇注过程中起到引流作用，并对合金液进行保温，使上部的合金液流动性增加。
3、本实用新型的工装设置氧化铝砂，能够对浇入石墨模具中的合金液进行保温，降低合金液在石墨模具顶部靠近内壁位置的凝固速度，使顶部合金液的流动性增加，对底部的合金进行补缩；在石墨模具外螺旋缠绕冷却水管，并通过对冷却水管缠绕位置的进一步优选，能够对石墨模具中下部进行冷却，控制合金凝固时的热流速率和方向。
4、本实用新型的工装使石墨模具底部合金液优先凝固，而顶部合金液由于保温作用，石墨模具壁凝固速度降低，能有效增加顶部合金液的流动性，持续对底部的合金进行补缩，使整个合金铸锭形成顺序凝固，消除铸锭整体缩孔和疏松等缺陷，使最终制备的合金靶材质量均匀。
下面结合附图和实施例，对本实用新型技术方案做进一步的详细说明。
附图说明
图1为本实用新型铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装的结构示意图。附图标记说明:
1—石墨模具； 2—冷却水管； 3—石墨垫片；
4—石墨垫板； 5—保温冒口； 6—钢桶；
7—氧化铝砂； 8—进水口； 9—出水口。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例的铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，包括上端开口的钢桶6，所述钢桶6的底部上方设置有石墨垫板4，所述石墨垫板4上方设置有石墨模具1，所述石墨模具1的上端设置有与石墨模具1相配合的保温冒口5，所述石墨模具1的外壁螺旋缠绕有冷却水管2，所述冷却水管2的一端穿出钢桶6作为进水口8，冷却水管2的另一端穿出钢桶6作为出水口9，所述进水口8位于出水口9的下方，所述钢桶6内且位于石墨模具1的外侧填充有氧化铝砂7，所述氧化铝砂7的顶端高度不超过石墨模具1的上端。
如图1所示，本实施例中，所述石墨垫板4的厚度为10mm，石墨垫板4为圆板，石墨模具1的横截面为圆形，石墨垫板4的直径比石墨模具1的外径大100mm。
如图1所示，本实施例中，所述石墨垫板4的上方设置有用于封堵石墨模具1底部的石墨垫片3。
如图1所示，本实施例中，所述保温冒口5的材质为耐火砖，保温冒口5的高度为50mm。
如图1所示，本实施例中，所述冷却水管2的底部与石墨模具1底部之间的垂直距离为30mm，冷却水管2的顶部位于石墨模具1中心往上30mm，冷却水管2螺旋缠绕的螺距为2mm。
如图1所示，本实施例中，所述冷却水管2为截面为方形的铜管，所述铜管的截面外边长为5mm，壁厚为0.5mm。
如图1所示，本实施例中，所述石墨模具1的内径为50mm，高度为200mm，壁厚为10mm。
实施例2
本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于：所述石墨垫板4的厚度为15mm，石墨垫板4的直径比石墨模具1的外径大50mm，保温冒口5的高度为70mm，所述冷却水管2的底部与石墨模具1底部之间的垂直距离为50mm，冷却水管2的顶部位于石墨模具1中心往上50mm，冷却水管2螺旋缠绕的螺距为5mm，所述铜管的截面外边长为10mm，壁厚为1mm，所述石墨模具1的内径为80mm，高度为300mm，壁厚为15mm。
实施例3
本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于：所述石墨垫板4的厚度为12mm，石墨垫板4的直径比石墨模具1的外径大80mm，保温冒口5的高度为60mm，所述冷却水管2的底部与石墨模具1底部之间的垂直距离为40mm，冷却水管2的顶部位于石墨模具1中心往上40mm，冷却水管2螺旋缠绕的螺距为3mm，所述铜管的截面外边长为8mm，壁厚为0.8mm，所述石墨模具1的内径为60mm，高度为250mm，壁厚为12mm。
本实用新型的工装在使用时，先将工装置于真空感应炉中，将工装的进水口8与真空感应炉的进水管连接，出水口9与真空感应炉的出水管连接，开启真空感应炉的循环冷却水，将待浇铸的合金液沿保温冒口5连续浇入石墨模具1中，待浇入的合金液完全凝固后，关闭循环冷却水，取出工装空冷，脱模后得到NiCrAlYSi合金靶材铸锭，再对铸锭进行常规机加工。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何限制，凡是根据实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，包括上端开口的钢桶(6)，所述钢桶(6)的底部上方设置有石墨垫板(4)，所述石墨垫板(4)上方设置有石墨模具(1)，所述石墨模具(1)的上端设置有与石墨模具(1)相配合的保温冒口(5)，所述石墨模具(1)的外壁螺旋缠绕有冷却水管(2)，所述冷却水管(2)的一端穿出钢桶(6)作为进水口(8)，冷却水管(2)的另一端穿出钢桶(6)作为出水口(9)，所述进水口(8)位于出水口(9)的下方，所述钢桶(6)内且位于石墨模具(1)的外侧填充有氧化铝砂(7)，所述氧化铝砂(7)的顶端高度不超过石墨模具(1)的上端。
2.根据权利要求1所述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述石墨垫板(4)的厚度为10mm～15mm，石墨垫板(4)为圆板，所述石墨模具(1)的横截面为圆形，石墨垫板(4)的直径比石墨模具(1)的外径大50mm～100mm。
3.根据权利要求1所述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述石墨垫板(4)的上方设置有用于封堵石墨模具(1)底部的石墨垫片(3)。
4.根据权利要求1所述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述保温冒口(5)的材质为耐火砖，保温冒口(5)的高度为50mm～70mm。
5.根据权利要求1所述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述冷却水管(2)的底部与石墨模具(1)底部之间的垂直距离为30mm～50mm，冷却水管(2)的顶部位于石墨模具(1)中心往上30mm～50mm，冷却水管(2)螺旋缠绕的螺距为2mm～5mm。
6.根据权利要求5所述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述冷却水管(2)为截面为方形的铜管，所述铜管的截面外边长为5mm～10mm，壁厚为0.5mm～1mm。
7.根据权利要求1所述的一种铸造NiCrAlYSi合金靶材的工装，其特征在于，所述石墨模具(1)的内径为50mm～80mm，高度为200mm～300mm，壁厚为10mm～15mm。
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