专利名称：：一种铜合金反重力铸造升液管的制作方法
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，通常采用压縮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°C、铝660°C)，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20(TC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3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°C下烘烤，使用前需缓慢加热到1000°C，使用后需立即放到1000°C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(3.5xl(T6/'C)大大小于耐热钢(约12.3xlO"VC),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。一种铜合金反重力铸造升液管是由耐热钢法兰盘l、内石墨管2、耐热钢管3、外石墨管4组成，法兰盘1焊接在耐热钢管3的端面上，耐热钢管3衬内石墨管2，耐热钢管3外侧与金属液接触部分是外石墨管4，内石墨管2与耐热钢管3之间用螺纹连接5，外石墨管4与内石墨管2间用螺纹连接5，外石墨管4与耐热钢管3之间留有间隙，间隙大小与耐热钢管外径D有关，不小于3.5xlO、D，外石墨管4不与法兰盘1相接触，其高度低于法兰盘1所在的位置。其结构形式如图l、图2所示，分别命名为结构形式l、结构形式2。结构形式l升液管内腔为下面细、上面粗，这样可减少金属液用量，考虑到加工和装配方便，结构形式l的内石墨管2由两节构成，两节间用螺纹5连接，相应的耐热钢管3是由两节焊接而成。结构形式2升液管内腔上下基本一样粗，内石墨管2、耐热钢管3均是一个整体。考虑到部分金属液凝固过程中有可能凝固在升液管中，两种结构形式升液管上面一部分内腔均带有加工锥度，锥度部分为上大下小。升液管装配时先装配内石墨管与耐热钢管间的连接，后装配外石墨管与内石墨管间的连接。上述螺纹连接处均用水玻璃石墨粉密封。钢管及法兰盘的材料为耐热钢，使用温度达到1000。C左右的耐热钢均能满足使用要求，如lCrl8Ni9Ti、1Cr25Ni20Si2、1Cr20Nil4Si2、0Cr23Ni13、0Cr25Ni20;石墨管为高纯石墨。本发明的升液管具有下属优点-(1)良好的耐激冷激热性能升液管本身对使用前加热的温度没有特定的要求，一般为避免升液管放入金属液后凝固，加热到适当的温度。(2)良好的耐渣蚀性能，金属液表面的高温渣层具有很大的腐蚀能力，本发明的升液管与金属液的接触面为石墨，石墨为铜合金冶炼的坩埚材料，对渣层具有良好的耐蚀性能。(3)良好的气密性。本发明的气密性由中层的耐热钢管保证。(4)较高的强度。耐热钢管具有较高的强度，升液管使用时间短，一般从插入金属液到取出不超过数分钟，由于表层为石墨层，可确保耐热钢管一直具有高的强度。(5)良好的耐高温性能和稳定性。由于表层为石墨层，石墨耐高温性能好；且石墨层具有较好的稳定性，不会在使用过程中给铜合金液带来杂质。(6)维护和拆卸方便。内、外石墨层和中间的钢管用螺纹连接，容易加工组装，拆换损坏部件和维护方便。图l为结构形式l升液管。耐热钢法兰盘l、内石墨管2、耐热钢管3、外石墨管4，螺纹连接55图2为结构形式2升液管。耐热钢法兰盘l、内石墨管2、耐热钢管3、外石墨管4，螺纹连接5图3为本发明的升液管使用状态示意图。铸型6，输液过道7，中隔板8，升液管9，气体输入孔IO，金属液ll，坩埚12，托锭13具体实施例方式本发明的升液管使用在反重力铸造设备上，参见图3，先将升液管9安装在中隔板8上的相应部位，然后依次放上输液过道7以及铸型6，最后是设备的上罐。待合金熔化后，启动液压站，使托锭13上升至如图3所示的位置。开动气源，气体从输入孔10输入，待气压达到一定程度，坩埚12内的金属液11从升液管9的内孔上升，进入型腔冷却成型。待成型后，卸压，使升液管内剩余的金属液回流至坩埚12中。选用耐热钢1Crl8M9Ti作为钢管，应用本发明结构的升液管反重力铸造锡青铜合金ZCuSn3Zn8Pb6Nil水泵叶轮、ZCuSnlOZn2水泵端盖均获得了良好的使用效果，见表1所示。表1应用本发明的升液管反重力铸造铜合金铸件的使用情况<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1、一种用于铜合金反重力铸造的升液管，其特征在于由耐热钢法兰盘(1)、内石墨管(2)、耐热钢管(3)、外石墨管(4)组成，法兰盘焊接在耐热钢管端面上，内石墨管与钢管内壁配合，两者之间螺纹连接，外石墨管置于耐热钢管的外面与金属液相接触，内外石墨管通过二者下端的螺纹连接在一起。2、根据权利要求l所述的升液管，其特征在于外石墨管与耐热钢管间不相接触，两者间留有间隙，间隙大小随耐热钢管直径D增加而增加，间隙不小于Dx3.5xl0入外石墨管不与法兰盘相接触，其高度低于法兰盘所在的位置。全文摘要一种用于铜合金反重力铸造的升液管，属于铸造领域。升液管由耐热钢法兰盘、耐热钢管、内外石墨管组合而成。法兰盘焊接在钢管端面上，升液管的管壁采用复合结构，由内石墨管、钢管以及外石墨管所构成，内石墨管与钢管内壁配合，两者之间螺纹连接，外石墨管置于钢管的外面与金属液相接触，内外石墨管通过二者下端的螺纹连接在一起，外石墨管与钢管间留有适当的间隙。该升液管气密性好、耐高温、不对铜合金液带来污染，使用维护方便、寿命长。文档编号B22D18/04GK101612659SQ20091008968公开日2009年12月30日申请日期2009年7月28日优先权日2009年7月28日发明者丁克宏,李文钱,林国标,龙游,王自东申请人:北京科技大学