[实用新型]磁-动复合精密复杂细晶铸件的成型装置

说明书

本实用新型属于金属材料制备技术领域，涉及一种磁‑动复合精密复杂细晶铸件的成型装置，针对普通重力铸造精密复杂铸件欠铸、晶粒粗大等问题，本实用新型通过机械振动促进熔体充型，提高铸件成型能力，在此基础上施加电磁场，在熔体中产生正反方向的电磁搅拌作用，利用凝固前沿强烈的熔体流动，打碎枝晶，形成新的游离晶核，实现晶核增值，细化铸件凝固组织，尤其细化铸件厚大部位的组织，获得整体细化凝固组织，从而达到精密复杂铸件整体成形和晶粒细化的协同控制。本实用新型涉及的方法和装置可用于航空发动机涡轮和叶轮、机车涡轮、汽车增压涡轮等精密复杂细晶铸件制备。

技术领域

本实用新型涉及金属材料制备技术领域，特别涉及一种磁-动复合精密复杂细晶铸件的成型装置。

背景技术

叶轮、涡轮等精密复杂铸件是航空发动机或内燃机的核心零部件，其性能直接决定了发动机的节能减排效果、使用寿命和可靠性。这些部件在服役过程中承受高温和高速旋转带来的多种交变应力作用，极易产生疲劳损坏。因此这些部件采用高温合金材料，并对成形质量和性能提出极为严格的要求。

细晶精密铸造技术是改善精密铸件的中低温（＜760℃）性能的有效途径，在航空航天飞行器某些精铸结构件的应用表明，其不仅可以使铸件的低周疲劳性能提高一倍以上，还可有效改善合金组织和成分的均匀性，减少铸件力学性能数据的分散度，提高铸件使用的可靠性。因此，细晶整体成形对提高高温合金精密复杂铸件性能有重要意义。

精密复杂铸件由于形状复杂，不同部位壁厚相差悬殊，传统重力铸造工艺无法解决欠铸、缩松、热裂、变形、晶粒粗大等问题。为了解决传统重力铸造工艺带来的问题，发达国家先后运用机械和电磁等扰动技术，发展了多种先进工艺。如美国Howmet公司利用细晶铸造技术成功地制造了IN792MOD5A、Mar-M247、IN713C、IN718等高温合金整体涡轮，使涡轮的低周疲劳寿命提高了2-3倍。德国、法国在新型号航空发动机上也采用了细晶整体涡轮铸件。

国内对高温合金细晶铸造技术研究从20世纪80年代末开始起步，采用表面晶粒细化剂或者变质剂细化晶粒，但是细化效果有限，并且难以达到铸件整体细化。本世纪初开展了热控法和动力学法的试验研究，取得了一些进展，但是还没有实现工业应用。

近年来，中国科学院金属研究所和江苏奇纳新材料科技有限公司先后研究了磁控细晶凝固技术，应用于高温合金细晶增压涡轮制备中，晶粒尺寸细化至3mm，但铸造工艺窗口窄，充型、晶粒细化和缺陷控制一体化控制困难，限制了该技术在此类精密复杂铸件细晶铸造的应用。

实用新型内容

实用新型目的：为了解决精密复杂铸件成型困难、晶粒粗大的问题，本实用新型提供了一种磁-动复合精密复杂细晶铸件的成型装置，采用机械振动促进熔体充型，提高铸件成型能力，在此基础上施加电磁场，细化铸件凝固组织，尤其细化铸件厚大部位的组织，获得整体细化凝固组织，从而达到精密复杂铸件整体成形和晶粒细化的协同控制。

技术方案：本实用新型提供了一种磁-动复合精密复杂细晶铸件的成型装置，包括电磁场发生电源、励磁线圈、机械振动电源、机械振动机构、真空室和模壳，所述模壳设置在所述真空室内中心位置，所述机械振动机构设置在所述模壳的底部，所述励磁线圈包裹在所述模壳四周，所述励磁线圈与所述电磁场发生电源电连接，所述机械振动机构与所述机械振动电源电连接。

进一步地，所述的磁-动复合精密复杂细晶铸件的成型装置还包括水冷机构，所述水冷机构设置在所述励磁线圈内壁与所述模壳之间。水冷机构设置在励磁线圈内壁与模壳之间，隔绝高温模壳对励磁线圈产生的影响。

进一步地，所述水冷机构为水冷环；该水冷环优选为双层中空封闭金属环。需要隔绝高温模壳与励磁线圈时，向水冷环内通入循环冷却水即可，双层中空封闭金属环的隔绝效果较好。