[实用新型]一种施加复合电磁场的高温合金细晶的铸造装置

说明书

技术领域

   本实用新型属于金属材料制备领域，具体涉及一种施加复合电磁场的高温合金细晶铸造工艺方法和装置。

背景技术

航空发动机的低压涡轮叶片、机匣和工业燃气轮机的涡轮盘等高温合金部件的使用温度大都在等强温度760℃以下，因而希望其铸造组织为整体均匀细小的等轴晶以提高其抗疲劳性能。为了细化铸造高温合金的晶粒组织，国内外先后开发了热控法、机械法和化学法三种高温合金细晶铸造技术的工艺方法。热控法是在凝固过程中控制结晶热流，即采用低的熔体均匀化处理温度、低的浇注温度、控制模温和降低合金熔体与型壳之间的温度梯度，使铸件晶粒整体上获得细化。可以获得尺寸为0.25 ~ 0.18mm的等轴晶。机械法是在合金浇注和凝固过程中通过旋转铸型、机械振动搅拌熔体，使晶粒细化。可以获得尺寸为0.3 ~ 0.1mm的等轴晶。化学法是通过向熔体中加入有效形核剂，形成大量非均质晶核而使晶粒细化。可以获得尺寸为0.6 ~ 0.12mm的等轴晶。上述工艺方法均存在着局限性和缺陷。热控法极低的过热温度和严格的温度控制限制了它的广泛应用，其突出的缺点是铸件的纯净度较低，不易生产重要及尺寸大的部件。机械法设备复杂，铸型在旋转或振动时的容易损坏现象降低了铸件的成品率和纯净度，晶粒细化的效果受部件形状的影响比较大。化学法的缺点是难以控制化学成分，外加形核剂易在熔体中形成氧化夹杂物而成为疲劳源。因此晶粒细化一直是铸造高温合金熔模铸造领域的研究热点之一。

2000年公开的专利00110151.X提出了一种真空行波电磁细化高温合金精密铸造方法，其特征在于在合金开始凝固时，对合金熔体施加一对对称但方向相反的行波磁场，可以获得晶粒细小的高温合金铸件。但是，该方法对高温合金铸件凝固组织的细化效果有限，特别是在金属液未浇入铸型时就进行电磁搅拌，这会导致金属液的上表面波动较大，金属液在电磁力的作用下会沿着模壁攀升后凝固形成大飞边，从而恶化了铸件凝固过程中缩孔缩松的补缩条件。

2008年申请人在《稀有金属材料与工程》刊登的文章“电磁场和表面孕育剂作用下K417高温合金的晶粒细化”中提出了在高温合金金属液凝固过程中施加双向旋转电磁搅拌与表面孕育剂相结合的方法来实现高温合金凝固组织的晶粒细化，该方法能够将高温合金铸件的凝固组织细化到0.1mm，但该方法通过延迟电磁搅拌的开始时间来解决金属液刚浇入铸型内就进行旋转电磁搅拌会导致未形成表面凝壳的金属液面波动比较大、金属液在电磁力的作用下会沿着模壁攀升后凝固形成大飞边从而恶化铸件凝固过程中缩孔的补缩条件这一问题，因此使用该方法很难获得断面等轴晶比例达到100%的高温合金细晶铸件。

发明内容

本实用新型的实用新型目的是提供一种施加复合电磁场的高温合金细晶铸造工艺方法和装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型的施加复合电磁场的高温合金细晶铸造装置，包括真空中频感应熔炼炉，在真空中频感应熔炼炉中心处设有奥氏体不锈钢砂箱，在奥氏体不锈钢砂箱外侧设有直流电磁场发生器和双向低频交流旋转电磁场发生器，在奥氏体不锈钢砂箱上部设有浇冒口系统和泡沫陶瓷过滤器。

在奥氏体不锈钢砂箱外侧，距其上端面10-100 mm处设置一个磁感应强度为100-300mT的直流电磁场发生器。

在奥氏体不锈钢砂箱（7）外侧，距其下端面20-250 mm处设置一个频率为3-60 Hz、输入电流为60-200A的双向低频交流旋转电磁场发生器（5）。

本实用新型的施加复合电磁场的高温合金细晶铸造工艺方法，该方法包括以下步骤：

（1）将型壳置于奥氏体不锈钢砂箱内，并在型壳周围充满一定粒度大小的填砂材料。将整个砂箱放入电阻加热炉中加热到1273K，保温1小时后取出，置于真空中频感应熔炼炉中的磁场发生器和内待浇；

（2）将高温合金炉料加入真空中频感应熔炼炉的坩埚中，通电加热、熔化和精炼；

（3） 将金属液经泡沫陶瓷过滤器过滤后通过浇冒口系统浇注到奥氏体不锈钢砂箱内的型壳中，当金属液液面和直流电磁场发生器的中心面平齐时停止浇注；

（4）分别接通直流电磁场发生器、双向低频交流旋转电磁场发生器的电源，30-240秒钟后，当金属液完全凝固时分别断开直流电磁场发生器、双向低频交流旋转电磁场发生器的电源。