[发明专利]一种液态金属冷却定向凝固用激冷盘

说明书

技术领域

本发明涉及一种液态金属冷却定向凝固用激冷盘，具体地讲是一种可通液体介质循环冷却的激冷盘。

技术背景

除了合金成分外，晶粒特征决定了高温合金性能，定向及单晶叶片由于消除了垂直于应力轴的横向晶界，晶向和作用于叶片的应力方向平行，耐温能力明显提高，具有更好的纵向机械性能，能够在高温燃气的恶劣环境中长时间工作。

定向及单晶叶片的制备是把底部开口的铸型固定在一个激冷盘上，激冷盘充当了铸型的底部。液态金属浇入的瞬间和激冷盘接触的金属以等轴晶形核、长大，生长方向与热流方向最接近的晶粒将淘汰其它晶粒并逐渐占据整个试样截面。在这一过程热量主要通过已经凝固的铸件薄层，传导到激冷盘上，固-液界面凝固前沿沿着与热流传导相反的方向推进，直到凝固完毕。

在快速凝固法(HRS)工艺中，激冷盘是由内部通冷却水的铜或铜合金制成的，铜的导热性能好，传热速度快，热量可以很快的被循环冷却水带走。而在液态金属冷却法(LMC)工艺中，由于铜和铜合金与液态冷却介质锡或铝反应不适合做激冷盘。如果通水冷却，由于液态锡或铝的温度高于水的温度，会导致水的蒸发、气化，液态锡或铝也会凝固在激冷盘上。美国专利(专利号：US20080257517A1)披露了一种用于液态金属冷却定向凝固炉的铸型组合，主要涉及浸入液态金属锡或铝中的激冷盘，激冷盘采用钼或钼合金、钨或钨合金、石墨或石墨合金制成，600K时热扩散系数大于30×10^-6m²/s，利于热量传输，厚度7.62cm～12.7cm。但是激冷盘的温度波动较大，例如铸型保温温度为1550℃，激冷盘浸入液态金属中的深度为5.08cm时，整个过程中激冷盘温度为250℃～550℃，致使冷却强度不均匀，温度波动较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷却强度均匀，温度波动小，具有惰性，不和冷却介质发生反应的液态冷却定向凝固用激冷盘。

采用的技术方案是：

一种液态金属冷却定向凝固用激冷盘，该激冷盘由不锈钢或耐热钢制成，其特征是激冷盘内部开设有环形通道或花瓣形通道，可通液体介质冷却。

所述激冷盘的环形通道或花瓣形通道内通过液体介质；液体介质为油或水，液体介质温度控制在±5℃。

本发明的优点在于：

冷却强度均匀，利于高温合金固-液界面凝固前沿平稳生长，又有利于铸型周围冷却介质温度均衡。

附图说明

图1为激冷盘通液体介质的液态金属冷却定向凝固装置纵截面图。

图2为激冷盘环形通道横截面图。

图3为激冷盘环花瓣形通道横截面图。

具体实施方式

实施例

一种液态金属冷却定向凝固用激冷盘，包括激冷盘体1，其特征是激冷盘体1内部有供液体介质通过的环形通道13或供液体介质通过的花瓣形通道12，所述激冷盘体1由不锈钢或耐热钢制成。

本发明的液态金属冷却定向凝固激冷盘的使用原理：

所述激冷盘体1固定在底部开口的陶瓷铸型或铸型组合5上，作为铸型的底部，防止铸型漏钢。最主要的是该激冷盘体1可以通液体介质导热油冷却，液体介质导热油通过内部空心的抽拉轴2沿A方向进入激冷盘体1，并沿B方向流出。定向凝固过程中，被加热保温炉3的加热器4(设置在环形隔板6上方)和加热器7(设置在环形隔板6的下方)预热的铸型5接收来自感应熔炼炉(图中未示出)中以传统方法倒入其内腔中的高温合金熔体，由于激冷盘中的液体介质迅速带走高温合金熔体传导到激冷盘的热量，和激冷盘接触的高温合金熔体瞬间凝固，促进了形核和晶粒的竞争生长。随后铸型和激冷盘在抽拉轴2的带动下以一定的速度从隔热挡板8的孔中缓慢进入液态冷却介质锡液9中，液态冷却介质锡由不锈钢容器10盛放，并可在升降轴11的带动下，上下移动。在激冷盘和液态锡共同的冷却作用下，晶粒沿轴向向上长大，直至整个铸件凝固完毕。已知工艺方法是将加热保温炉中拉出的铸型处于高温状态(高于1500℃)，直接浸入锡液中，造成锡液局部温度升高，虽然对锡液的搅拌起到了一定的降温作用，但是达到温度均衡的时间长，而且随着铸型的不断浸入，更多的热量进入锡中，引起锡液局部温升，造成固-液界面凝固前沿的温度梯度降低，引起铸件缺陷。而激冷盘中的液体介质可以迅速的把铸型周围锡中的热量带走，保持了铸型附近锡液温度的均匀性，利于晶体的稳定生长。