CN219378938U - 一种熔铸设备 - Google Patents

Abstract

一种熔铸设备，涉及材料制备技术领域，包括热等静压炉，还包括：导流部，所述导流部设置在熔炼部内部，并且所述导流部垂直于所述熔炼部底面；熔炼部，所述熔炼部设置在铸浸部上端，所述熔炼部上下两端开口，所述导流部下端设置在所述熔炼部下端开口处；铸浸部，所述铸浸部设置在所述熔炼部正下方，所述铸浸部开口朝向所述熔炼部，所述铸浸部设置在所述热等静压炉腔内。可在热等静压设备中实现液态法生产，并且可实现大体积模具的致密化铸造。

Description

一种熔铸设备

技术领域

本实用新型涉及材料制备技术领域，尤其涉及一种熔铸设备。

背景技术

HIP技术的设计初衷是为了研制核反应材料而开发，集高温、高压于一体的工艺生产技术设计的设备主要性能指标，足以达成金属基陶瓷复合材料生产目标。近年来，随着热等静压设备性能的改进完善，HIP技术现已在硬质合金粉末固结、钨铝钛等难熔金属及合金的致密化、热等静压覆层和热等静压复合扩散连接、产品的缺陷修复、大型及异形构件的近净成形、复合材料及特种材料的生产加工等固态法方面逐渐得到推广应用。其中用于弥补和消除铸造零件内部铸造缺陷的工作量几乎占其应用率的50％。因而可以说HIP技术的应用现状主要局限于固态法制造。

现今，HIP技术设备的设计和制作发展主要性能指标：国内中型HIP设备的能力已达“双两千”200MPa，2000℃；瑞典：超高温(最高达3000℃)、超高压(最高达980MPa)、快速、浸渍、使用多种气体的HIP装置相继出现；若能在金属基陶瓷复合新材料制备中，以采用《热等静压机》替代《真空压力浸渗机》的工艺方案获得成功，将会使得金属基陶瓷复合新材料制造设备的主要性能指标得到大幅提升，全面满足金属基陶瓷复合材料陶瓷增强坯体的液态金属超高温、压浸渗工艺制备性能要求。因而，只有突破HIP技术设备的固态法制造局限的禁忌，实现新材料产品的液相浇注及压力浸渗制造功能的工艺预案；才有希望借助于HIP技术强大性能优势为材料制造工具设备；来担负起，拟定金属基陶瓷复合新材料标准历史任务，以及有避免粉末冶金材料制品在高端超高精度制造中出现的微观显微密集缺陷隐患的工艺途径。现有技术中的熔铸设备在金属液吸取最后阶段，由于金属液液面过低，导致金属液残留无法吸取，目前现有技术还没有很好的解决方案。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种熔铸设备。本实用新型通过以下技术方案得以实现。本实用新型提供的一种熔铸设备，包括热等静压炉，还包括：导流部，导流部设置在熔炼部内部，并且导流部垂直于熔炼部底面；熔炼部，熔炼部设置在铸浸部上端，上下两端开口，导流部下端设置在熔炼部下端开口处；铸浸部，铸浸部设置在熔炼部正下方，铸浸部开口朝向熔炼部，铸浸部设置在热等静压炉腔内。

进一步的优选方案是，导流部设置在熔炼部内部中央位置。进一步的优选方案是，导流部包括：浇注芯柱，浇注芯柱设置为长条柱状，浇注芯柱内部中空形成第二导流腔，第二导流腔与铸浸部连通；浇注芯柱外壁下部设置有向外延伸的第一凸缘和第二凸缘，第一凸缘位于第二凸缘上方；浇注芯柱外壁第二凸缘以上位置挖设有与外导流槽，外导流槽方向与浇注芯柱轴线方向一致；导流浮子，导流浮子套设在浇注芯柱上，导流浮子下端抵在浇注芯柱的第二凸缘上；导流浮子下部与浇注芯柱的第一凸缘对应的位置设置有空刀槽，第一凸缘的外缘位于空刀槽内。

进一步的优选方案是，浇注芯柱的第一凸缘向外延伸的凸度小于第二凸缘。

进一步的优选方案是，外导流槽设置有三个平均分布于浇注芯柱周外壁。

进一步的优选方案是，第一凸缘竖直方向高度小于空刀槽竖直方向高度，第一凸缘在空刀槽内具有竖直方向上的有限游离度。

进一步的优选方案是，浇注芯柱高度小于熔炼部上沿。

进一步的优选方案是，导流浮子套接在浇注芯柱上，浇注芯柱上端与导流浮子形成第一导流腔，第一导流腔呈圆锥状。

进一步的优选方案是，熔炼部底面中央设置有第一凹槽，第一凹槽下表面与浇注芯柱的第二凸缘上表面平齐；第一凹槽呈倒圆台状；第一凹槽下端向浇注芯柱方向延伸有第三凸缘，第三凸缘和浇注芯柱的第二凸缘呈锥度面配合；第三凸缘下端向浇注芯柱方向延伸有第四凸缘，第四凸缘与浇注芯柱的第二凸缘以下位置连接；第四凸缘向铸浸部方向延伸有第五凸缘。

进一步的优选方案是，熔炼部底面外沿向铸浸部方向延伸出第七凸缘，铸浸部侧壁上端向熔炼部方向延伸出第八凸缘，第八凸缘和第九凸缘呈锥度面配合；第七凸缘与熔炼部底面连接处向内延伸出第六凸缘；第六凸缘与第八凸缘之间设置有空隙；第七凸缘下端与铸浸部侧部设置有空隙。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型在热等静压炉炉腔内设置铸浸部，铸浸部设置于熔炼部正下方，使得热等静压炉内可以进行液态法生产工艺，保证了液态法生产过程中不会造成热等静压炉的损坏。

2、本实用新型铸浸部和熔炼部呈锥度面配合，保证了在高温高压环境下，铸浸部和熔炼部连接部分不会因为膨胀系数的差异造成连接不紧密，导致空气进入破坏铸浸部真空环境。

3、本实用新型设置导流部，由导流浮子和浇注芯柱互相配合，浇注前升温至浇注物料融化呈液态，液体达到预定高度时，将顺着浇注芯柱外导流槽进入第二导流腔进而流入铸浸部，熔炼部液体瞬时排空。此过程保证了铸浸过程中铸浸部真空环境，使得铸浸件组织均匀致密不会产生气孔。

附图说明

图1是本实用新型的熔炼部结构示意图；

图2是本实用新型的浇注芯柱结构示意图；

图3是本实用新型的导流浮子结构示意图；

图4是本实用新型的熔铸部分结构示意图；

图5是本实用新型整体结构示意图。

图中：1、熔炼部，11、第一凹槽，12、第三凸缘，13、第四凸缘，14、第五凸缘，15、第六凸缘，16、第七凸缘，2、铸浸部，21、第八凸缘，3、导流部，31、导流浮子，311、空刀槽，312、导流口，313、第一导流腔，32、浇注芯柱，321、第一凸缘，322、第二凸缘，323、外导流槽，324、第二导流腔324，4、热等静压炉炉腔，41、热等静压炉加热器。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一参数集合和第二参数集合等是用于区别不同的参数集合，而不是用于描述参数集合的特定顺序。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个元件是指两个元件或两个以上元件。

本文中术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，显示面板和/或背光，可以表示：单独存在显示面板，同时存在显示面板和背光，单独存在背光这三种情况。本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如输入/输出表示输入或者输出。

在本实用新型实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本实用新型实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

一种熔铸设备，包括热等静压炉，还包括：

导流部3，导流部3设置在熔炼部1内部，并且导流部3垂直于熔炼部1底面；导流部3设置在熔炼部1内部中央位置。导流部3包括：

浇注芯柱32，浇注芯柱32设置为长条柱状，浇注芯柱32内部中空形成第二导流腔，第二导流腔与铸浸部2联通；浇注芯柱32外壁下部设置有向外延伸的第一凸缘321和第二凸缘322，第一凸缘321位于第二凸缘322上方；浇注芯柱32的第一凸缘321向外延伸的凸度小于第二凸缘322。

浇注芯柱32外壁第二凸缘322以上位置挖设有与外导流槽323，外导流槽323方向与浇注芯柱32轴线方向一致；外导流槽323设置有三个平均分布于浇注芯柱32周外壁。

浇注芯柱32高度小于熔炼部1上沿。

导流浮子31，导流浮子31套设在浇注芯柱32上，导流浮子31下端抵在浇注芯柱32的第二凸缘322上，导流浮子31与第二凸缘322连接处设置有导流口312。

导流浮子31套接在浇注芯柱32上，浇注芯柱32上端与导流浮子31形成第一导流腔313，第一导流腔313呈圆锥状。

导流浮子31下部与浇注芯柱32的第一凸缘321对应的位置设置有空刀槽311，第一凸缘321的外缘位于空刀槽311内。

第一凸缘321竖直方向高度小于空刀槽311竖直方向高度，第一凸缘321在空刀槽311内具有竖直方向上的有限游离度。

熔炼部1，熔炼部1设置在铸浸部2上端，熔炼部1上下两端开口，导流部3下端设置在熔炼部1下端开口处；熔炼部1底面中央设置有第一凹槽11，第一凹槽11下表面与浇注芯柱32的第二凸缘322上表面平齐；第一凹槽11呈倒圆台状；第一凹槽11下端向浇注芯柱32方向延伸有第三凸缘12，第三凸缘12和浇注芯柱32的第二凸缘322呈锥度面配合；第三凸缘12下端向浇注芯柱32方向延伸有第四凸缘13，第四凸缘13与浇注芯柱32的第二凸缘322以下位置连接；第四凸缘13向铸浸部2方向延伸有第五凸缘14。

熔炼部1底面外沿向铸浸部2方向延伸出第七凸缘16，铸浸部2侧壁上端向熔炼部1方向延伸出第八凸缘21，第八凸缘21和第九凸缘呈锥度面配合；第七凸缘16与熔炼部1底面连接处向内延伸出第六凸缘15；第六凸缘15与第八凸缘21之间设置有空隙；第七凸缘16下端与铸浸部2侧部设置有空隙。

铸浸部2，铸浸部2设置在熔炼部1正下方，铸浸部2开口朝向熔炼部1，铸浸部2设置在热等静压炉腔内。

安装时，铸浸部2和熔炼部1与热等静压炉炉腔4内壁四周加热器径向预留5～10mm间隙，避免周侧干涉等高。铸浸部2和熔炼部1总体外轮廓遵循最大实体原则，为对应机型规格匹配制作，也即理论上只要热等静压炉炉腔4够大，本实用新型所铸浸的产品大小就不受限制，可以解决现有技术中只能铸浸体积小的产品的问题。

铸浸部2与熔炼部1内的容积比例一般按2∶1设计；通过变更在铸浸部2内装晟的模芯及增强坯体或铸造模具，来获取相应液态法制造产品零件的更迭。

铸浸部2与熔炼部1竖直叠装，处在下层的铸浸部2是为固定装晟增强坯体及其所用模具容器制作的杯型结构，铸浸部2剖面呈U字形。

铸浸部2的应用材料可根据液态浸渗金属温度而定，在≤1000℃时，选用铸铁制造或A3钢板、不锈钢板焊接法兰制作；处于1000℃～2000℃区间时，可选用耐高温陶瓷加工制作；在≥2000℃≤3000℃时，选用石墨材料加工制作。

熔炼部1、浇注芯柱32、导流浮子31等三个部件组装成的熔炼功能部件，通过锥度止口配合封盖在铸浸部2上，因此，这些零件的选材均可确定高密度石墨。

浇注芯柱32与熔炼部1是一对依靠螺纹周向旋紧获得轴向锥度紧密贴合的密封偶件，由于在应用过程中没有反向旋转卸荷力矩存在；因而，此种结构设计只要锥度接触面≥85％，就可保障金属熔炼过程熔炼部1内部各组件不出现泄漏现象。此时浇注芯柱32的组装顶端高度不得低于熔炼部1最高液位线。

导流浮子31是通过旋入浇注芯柱32上螺纹越程旋入空刀槽，获得竖直方向浮沉游动间隙。当熔炼部1内固态金属熔化开始后，随着液态金属淹没浮力大于其质量时就开始上浮，液位上升持续至螺纹越程尾首相抵时，此时液态金属就封闭了浇注通道入口。

待熔炼部1内固态金属彻底熔化所形成的金属液面，将与浇注芯柱32之间导流浮子31三条外导流槽323等高。

工作时，仅需把热等静压炉腔内惰性气体压强增至浇注设定，即可驱使金属液从熔炼部1内底中部安装的上浇注通道第一凹槽11处，自导流浮子31下端预留的四个导流口312进入，经浇外导流槽323上扬至导流浮子31上端第一导流腔313中，折返于浇注芯柱32顶端沿第二导流腔324回流到铸浸部2浇注。

设计第一凹槽11是为竭尽液态金属浇注而预留，浇注接近结束时残留液态金属归于第一凹槽11之中，此时导流浮子31靠自重落下端面与第一凹槽11的浇注进口仅留四个导流口312，在金属液流惯性动力驱使下，上浇注通道及第一凹槽11内就达到无残留的功能效果。故而，将本实用新型浇注通道设计的三个重要作用综述如下：

①它是抽取铸浸部2内的真空通道，清除陶瓷增强体内气体物质，洁净金属液浸润障碍；

②利用金属液浇注覆盖在铸浸部2里，可以隔离维持增强坯体及其模具处于真空态，并能铸造高端近净成型铸造产品；

③此种枯竭式浇注通道支持在HIP设备中，保障增强坯体超高压无压差梯度的金属浸渗功能。

真空压渗法也称为真空压力浸渗，指在液态金属渗入预制增强坯体的过程中，预制增强坯体保持真空态的条件下受压力的液体迅速渗入预制型间隙的方法。液态法装置就是为提升真空压力浸渗生产能力而设计的HIP设备用功能辅助装置。

铸浸部2上端第八凸缘21外侧加工为7∶24非自锁凸台外锥度，在熔炼部1底面第七凸缘16内侧加工为与之偶合地7∶24非自锁凹陷内锥度；只要两种不同材质锥度面对研的接触面匹配吻合度≥85％，随炉温的变化只能驱使两种不同材质锥度配合沿轴向高度位置作增减滑移运动，其中熔炼部1以及所装晟金属的重力成为锥面间密切贴合维持密封性能的补偿源动力。

使用时入炉前的装填准备：

在液态法制造金属基陶瓷颗粒复合材料时，铸浸部2是液态法装置的基础部件用来装晟陶瓷增强坯体及模具的容器，并能将其按工艺要求手段约束固定(防止液态金属浇注时导致漂浮移动)。熔炼部1中部安装浇注芯柱32与导流浮子31形成浇注通道，通过熔炼部1底部第七凸缘16的7∶24内锥度面与完成装填的铸浸部2杯型容器上沿的7∶24外锥面匹配盖封连接，备好熔炼金属填料就完成了液态法装置入炉前的装填准备。

入炉检查及装炉顺序：

熔炼部1和铸浸部2入炉前首先要检查铸浸部2中的装晟物约束固定是否符合按工艺要求，涂红丹粉对研7∶24密封面接触吻合度≥85％。入炉前检查是对有无运输及周转损伤状况的最终必要确认；而后，就是拆下熔炼部1、导流部3各组件，按顺序自下而上地将准备好的液态法装置装进炉内承载工作区域，在熔炼部1里填入准备好的熔炼金属材料，最后进行导流浮子完好再确认。

测试对象的选择：

为HIP设备设计制作液态法装置的目的就是要用它将液态法新材料制造工艺流程闭环其内。其中，去完成金属材料或其它物质的熔炼、浇注、铸造成型是它的基本功能所在；而金属基颗粒陶瓷复合材料产品的近净成型制造的工艺要求功能更胜于前者。置身于HIP设备承载工作区域内的液态法装置环绕在超高温、高压的AI环境之中，通过设备主机程序操控炉内制造环境，就能在液态法装置中，准确执行提升炉内环境温度→抽制真空→金属熔炼→金属液的浇注覆盖→陶瓷制坯的超高压金属浸渗→环境冷却及材料热处理等工艺步骤流程。

因此，在HIP设备中进行液态法装置功能测试时，选择金属基颗粒陶瓷复合材料产品的近净成型(精密成型铸造)制造作为对象，才能够充分体现出此项技术与设备的结合，对制定未来新材料制备社会生产力提振的工具作用。因而，具体采用现有的铝碳化硅(AlSiC)颗粒增强铝基复合材料制备作为此项新材料技术测试载体时材料品质、性能以及制造能力的对比意义更为恰当而广泛。

工艺程序：

液态法装置处在HIP设备承载工作区域内完成装填入炉后，整个材料制备过程密闭在高压容器中，输入设备主机按编工艺方案编纂成的操作程序，执行后即可完成新材料制坯。

为了便于工艺机理陈述，下面以铝碳化硅(AlSiC)颗粒增强铝基复合材料制备为测试对象，依照真空压渗法则制定工艺执行方案(也称为真空压力浸渗：指在液态金属渗入预制型的过程中，预制型保持真空态的条件下，受压力的液体迅速渗入预制型间隙的方法)。

1、建立系统真空状态

抽真空、氩气洗炉→预压充气→升温至比所熔炼金属的熔点低30℃以内→回收气体→抽制系统真空

2、使铸浸室与系统隔离封闭

维持真空状态→系统升温至金属浇注温度(此时，重载的熔炼部1与铸浸部2呈7∶24锥面配合，具有可靠地热密封补偿功能；熔炼部1内金属的熔炼液化，使导流浮子浮至上位，液态金属封闭了浇注通道入口，至此铸浸部2就被真空隔离于系统之中)。

3、实现浇注功能

维持炉温，关闭真空泵，系统加压≤0.75MPa铸浸部2内真空与系统形成差压，驱使导流部3内的液态金属通过导流浮子31与浇注芯柱32形成的浇注通道流入铸浸部2，待液态金属浇注完成后，浇注金属液就将铸浸部2内装晟固定物与炉内系统隔离满足了增强坯体处于真空浸渗准备态。

4、实现液态金属压力浸渗功能

维持炉温，待浇注完成后，铸浸部2与热等静压炉炉腔4内系统联通。按材料制备工艺设定金属浸渗超高升压速率及维持限时要求执行。而后→固化→热处理→进行出炉流程等工作。

金属基陶瓷复合材料制备应用范围：(温域、压域)Tm≤3000℃；100P～980MP。

步骤程序方案制定表：

目前在拥有热等静压设备的企业中，难于寻觅到敢于承担采用液态法装置进行金属基复合材料制备技术应用责任的单位。申请人曾经多次利用热等静压设备销售出厂前性能测试机会，进行了相应液态法技术方案测试，终于获得成功。

上面对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实用新型的保护之内。

Claims (7)

1.一种熔铸设备，包括热等静压炉，其特征在于还包括：导流部，所述导流部设置在熔炼部内部，并且所述导流部垂直于所述熔炼部底面；熔炼部，所述熔炼部设置在铸浸部上端，所述熔炼部上下两端开口，所述导流部下端设置在所述熔炼部下端开口处；铸浸部，所述铸浸部设置在所述熔炼部正下方，所述铸浸部开口朝向所述熔炼部，所述铸浸部设置在所述热等静压炉腔内；所述导流部设置在所述熔炼部内部中央位置；所述导流部包括：浇注芯柱，所述浇注芯柱设置为长条柱状，所述浇注芯柱内部中空形成第二导流腔，所述第二导流腔与所述铸浸部连通；所述浇注芯柱外壁下部设置有向外延伸的第一凸缘和第二凸缘，所述第一凸缘位于所述第二凸缘上方；所述浇注芯柱外壁第二凸缘以上位置挖设有外导流槽，所述外导流槽方向与所述浇注芯柱轴线方向一致；导流浮子，所述导流浮子套设在所述浇注芯柱上，所述导流浮子下端抵在所述浇注芯柱的所述第二凸缘上，所述导流浮子与所述第二凸缘连接处设置有导流口；所述导流浮子下部与所述浇注芯柱的所述第一凸缘对应的位置设置有空刀槽，所述第一凸缘的外缘位于所述空刀槽内；所述熔炼部底面中央设置有第一凹槽，所述第一凹槽下表面与所述浇注芯柱的所述第二凸缘上表面平齐；所述第一凹槽呈倒圆台状；所述第一凹槽下端向所述浇注芯柱方向延伸有第三凸缘，所述第三凸缘和所述浇注芯柱的所述第二凸缘呈锥度面配合；所述第三凸缘下端向所述浇注芯柱方向延伸有第四凸缘，所述第四凸缘与所述浇注芯柱的所述第二凸缘以下位置连接；所述第四凸缘向所述铸浸部方向延伸有第五凸缘。

2.如权利要求1所述的熔铸设备，其特征在于：所述浇注芯柱的所述第一凸缘向外延伸的凸度小于所述第二凸缘。

3.如权利要求1所述的熔铸设备，其特征在于：所述外导流槽设置有三个平均分布于所述浇注芯柱周外壁。

4.如权利要求1所述的熔铸设备，其特征在于：所述第一凸缘竖直方向高度小于所述空刀槽竖直方向高度，所述第一凸缘在所述空刀槽内具有竖直方向上的有限游离度。

5.如权利要求1所述的熔铸设备，其特征在于：所述浇注芯柱高度小于所述熔炼部上沿。

6.如权利要求1所述的熔铸设备，其特征在于：所述导流浮子套接在所述浇注芯柱上，所述浇注芯柱上端与所述导流浮子形成第一导流腔，所述第一导流腔呈圆锥状。

7.如权利要求2所述的熔铸设备，其特征在于：所述熔炼部底面外沿向铸浸部方向延伸出第七凸缘，所述铸浸部侧壁上端向所述熔炼部方向延伸出第八凸缘，所述第八凸缘和第九凸缘呈锥度面配合；所述第七凸缘与所述熔炼部底面连接处向内延伸出第六凸缘；所述第六凸缘与所述第八凸缘之间设置有空隙；所述第七凸缘下端与所述铸浸部侧部设置有空隙。