[发明专利]一种定向凝固装置及包括该定向凝固装置的定向凝固设备

说明书

本发明公开了一种定向凝固装置，其包括设置有过热区的石墨受热体、外壁沿轴向设置有多个热电偶的坩埚、能够围绕自身竖直中心线旋转的冷却室、为冷却室提供动力的第一动力装置、从多个第一进液口喷射入冷却室且循环流动的冷却介质、能够控制抽拉装置抽拉速率的控制器和为抽拉装置提供动力的第二动力装置，如此设置，本发明提供的定向凝固装置能够保持较高的温度梯度和冷却速率，并能够根据凝固过程中晶体的实际凝固速率的改变进行实时地改变抽拉速率，使晶体的微观组织，如枝晶组织、枝晶臂间距、合金微观偏析等，得到良好生长和形成，更好地实现定向凝固的效果，使合金得到良好的力学性能。

技术领域

本发明涉及合金铸造技术领域，更具体地说，涉及一种定向凝固装置及包括该定向凝固装置的定向凝固设备。

背景技术

定向凝固技术是伴随高温合金的发展而逐渐发展起来的,其原理是，在凝固过程中，采用强制手段在凝固金属和未凝固熔体中建立起特定方向的温度梯度,从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固,以获得具有特定取向柱状晶的技术。定向凝固技术很好的控制了凝固组织的晶粒取向,消除横向晶界,提高了材料的纵向力学性能。目前定向凝固技术广泛应用于高温合金铸造成形及冶金提纯领域。

定向凝固过程是一种强制凝固过程，是在定向凝固装置中，由隔热板将定向凝固装置的上部加热区和下部冷却区隔开而形成自上而下的沿高温合金轴向的一维温度梯度，高温合金在上部加热区被逐渐熔化，经由抽拉，高温合金熔化的部位被抽拉至下部冷却区进行强制冷却，实现单向排列的凝固组织，以提高合金性能。定向凝固过程中，影响凝固质量的重要参数主要包括凝固过程中固-液界面前言液相中的温度梯度和固-液界面向前推进速度，即凝固速率或称之为晶体生长速率。其中，凝固速率或晶体生长速率受合金的冷却速率和抽拉速率的影响。研究表明，温度梯度越高，凝固速率越快，合金的晶体生长状况越好，合金的力学性能越高。

但是在现有的定向凝固装置进行合金凝固过程中，随着固相长度的不断增加，晶体潜热的释放量越来越多，冷却介质的冷却能力下降，会导致合金的冷却速率下降及固-液界面前言的温度梯度下降，影响凝固速率，此时，仍然保持较高的抽拉速率会加剧冷却速率和温度梯度的下降，使合金的熔化和凝固均不及时，影响晶体微观组织的生长和形成状态，造成合金的力学性能下降。

因此，研制出提高温度梯度和冷却速率并能根据凝固过程中实际凝固速率的改变进行实时改变抽拉速率的定向凝固装置成为本领域人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术中的不足，提供一种定向凝固装置，其能够保持较高的温度梯度和冷却速率，并能够根据凝固过程中晶体的实际凝固速率的改变进行实时地改变抽拉速率，使晶体的微观组织，如枝晶组织、枝晶臂间距、合金微观偏析等，得到良好生长和形成，更好地实现定向凝固的效果，使合金得到良好的力学性能。本发明的目的还在于提供一种包括上述定向凝固装置的定向凝固设备。