[发明专利]一种铜合金反重力铸造升液管

说明书

技术领域

本发明属于铸造领域，涉及一种用于铜合金反重力铸造升液管，可满足铜合金反重力铸造对升液管的要求。

背景技术

反重力铸造是指金属液在与重力方向相反的力作用下充满铸型，通常采用压缩气体向密封容器中加压，使容器内的金属液通过升液管进入铸模型腔，并在一定的压力下凝固成型。升液管是熔融铸造金属液流入铸模内的必经通道，升液管的下部分插入熔融铸造金属液中，上端连接铸型。

这种工况要求升液管具有耐高温、抗热震、不与金属液反应、不溶解、良好的气密性和长期的抗热冲击疲劳性等性能。反重力铸造已广泛应用于铝合金的铸造，用于铜合金的铸造报道得较少。由于铜合金与铝合金相比，熔点高(纯铜熔点1083℃、铝660℃)，比重大(铜合金比重是铝合金的比重3倍多)，因此铜合金反重力铸造升液管要求更高。首先需要更好的耐高温性能，且在高温使用过程中不能对合金液带来污染和杂质；另外，由于铜合金比重大，工作压力比铝合金高数倍，同时升液管插入金属液，受到金属液的浮力作用也大，需要升液管具有较高的强度和气密性。

目前报道的升液管有钢铁管、陶瓷管、陶瓷材料与钢组成的复合管等。铁质升液管一般都由低碳无缝钢管焊接或用灰铸铁铸造而成的，在铝合金反重力铸造时使用，为避免金属液对升液管产生熔蚀，在使用时一般先进行除锈、喷刷涂料，并经200℃左右的烘烤；用于铜合金反重力铸造时，由于升液管中下端浸在合金液中，要经受高温合金液的冲刷，涂料层容易剥落，裸露的钢管与铜合金液接触，易产生铁质熔蚀，使升液管的使用寿命减短，导致合金液增铁，影响产品的质量。陶瓷升液管大多采用氮化硅与碳化硅材料制成，其最大优点是化学稳定性好，在接触并输送熔融铝合金或铜合金液体时，其本身不会有杂质溶入合金液中，因而能确保铸造制品的质量，但是其抗热冲击强度较低，尤其是当管内外管壁、上下部分温差较大时，易发生脆裂，从而影响正常生产，这在目前铝合金反重力铸造中时常出现的问题，在铜合金反重力铸造中更容易出现，并且陶瓷升液管造价较高。另一种全部由石墨材料做成，其承重能力和耐磨性较差，升液管的上端在模具及升降臂的压力下，容易磨损和断裂。对于陶瓷与钢组成的复合管，报道的有：(1)管子管壁采用复合结构，由陶瓷管内层、耐火料层、钢管层、外裹石棉布层及玻璃纤维布层构成，可用于铝合金反重力铸造[专利号ZL200520073212.9]，但钢管外层材料耐高温性能对于铜合金金属液来说偏低；(2)用高铝矾土耐火材料浆料与钢管整体浇灌的复合升液管，制作过程中需经长时间的自然干燥和400-500℃下烘烤，使用前需缓慢加热到1000℃，使用后需立即放到1000℃炉中进行降温烘烤，缓慢降到室温，以避免保温层开裂损坏[申请号：88104790.2]。可见，这类复合管的陶瓷层或耐火材料层仍面临着容易开裂的问题，使用维护条件严格。

发明内容

本发明的目的是用于制造一种满足铜合金反重力铸造需求的升液管，具有耐铜合金金属液高温、避免带来对合金液的污染、制备使用维护方便的特点。

考虑耐热钢具有良好的气密性和强度，但是单独使用，容易带来铜合金增Fe等杂质，且高温强度也有欠缺；而石墨是铜合金熔炼的坩埚材料，高温性能好且稳定，因此我们设计并试验了新型结构的由石墨和耐热钢管组成的升液管，试验过程中发现石墨管容易开裂，经分析和论证主要由于石墨热膨胀系数(3.5×10^-6/℃)大大小于耐热钢(约12.3×10^-6/℃)，经过反复试验和改进，获得可重复使用的复合升液管，且维护方便，可满足铜合金反重力铸造的使用要求。