一种合金锭浇注用复合模管的制作方法

1.本发明属于高温合金熔炼技术领域，具体涉及一种合金锭浇注用复合模管。


背景技术：

2.铸造高温合金主要用于航空发动机及燃气轮机核心热端部件的制备，随着航空发动机及燃气轮机性能要求的不断提升，对铸造高温合金母合金锭的夹杂物、纯净度、均匀性等提出了更高的要求。铸造高温合金母合金锭主要是采用真空感应炉熔炼制备，熔炼前准备工作涉及组模工序，包括耐火材料冒口、底垫与模管的组合安装；熔炼结束后涉及脱模工序，即将浇注完成的合金锭从模管中脱出。在正常生产过程中，组模、浇注过程及脱模常会存在如下主要问题：(1)模管较长，内表面清理及检查均较困难，如内表面有夹杂物或凹坑，将导致所制备合金锭夹杂物数量增多，合金锭表面存在针孔、冷隔，脱模困难等问题；(2)模管壁较薄，合金液热量通过辐射传热，散热效率低，钢液凝固速度慢，最终导致合金锭成分不均匀，甚至是严重偏析问题；(3)浇注温度较高的合金，将引起严重的烫壁问题，导致合金锭由于烫壁与模管发生反应，产品成分偏离技术要求而报废，相应模管也将报废，同时，给合金锭脱模带来了极大的困难；(4)模管多次在高温条件下浇注使用，出现弯曲现象严重，如再次使用需要重新矫直，降低了生产效率低，增加了生产成本。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种合金锭浇注用复合模管。本发明的复合模管不仅能够提高合金锭纯净度、成分均匀性，降低成分偏析，而且能够提升模管使用寿命，提高脱模及模管处理效率，再者达到满足一些合金锭晶粒尺寸需求的目的，为合金锭的表面及内部质量控制提供保障。
4.为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：一种合金锭浇注用复合模管，包括外层圆筒形模管和内层圆筒形模管，所述内层圆筒形模管由两个半圆形模管组成，所述内层圆筒形模管设置在所述外层圆筒形模管内部，所述内层圆筒形模管的外表面与外层圆筒形模管的内表面紧密贴合。
5.进一步地，所述外层圆筒形模管和内层圆筒形模管均采用碳钢制成。
6.进一步地，所述外层圆筒形模管和内层圆筒形模管的长度均为500-1200mm，壁厚均为5-30mm，锥度均为0
°‑5°
，所述内层圆筒形模管的内径为50-120mm。
7.进一步地，所述内层圆筒形模管中两个半圆形模管的接口缝隙控制在0-5mm。
8.进一步地，所述两个半圆形模管的内表面根据合金晶粒尺寸需求喷涂厚度为20-40μm的晶粒细化剂。
9.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
10.(1)提高合金锭纯净度，提高成分均匀性，降低成分偏析。
11.(2)外层模管内表面不与合金锭直接接触，变形倾向性小，同时，外层模管对内层模管起到加固作用，阻碍了内层模管的变形，提升了复合模管的使用寿命。
12.(3)外层模管与内层两个半圆模管及合金锭的脱模省时、省力。
13.(4)内层模管由两个半圆形模管组合而成，有利于合金锭与模管的脱离、及模管内表面的清理及质量检测。
14.(5)内层两个半圆形模管相互独立，可以单独替换其中一个，能够提高生产效率，降低生产成本。
15.(6)复合模管内表面质量的提高，有效提高了合金锭的表面质量及纯净度，从而提高了所制备合金锭的成品率。
16.(7)内层模管内壁可喷涂晶粒细化剂，实现母合金晶粒度的控制。
附图说明
17.图1是本发明新型合金锭浇注用复合模管的结构示意图。
18.图2是本发明新型合金锭浇注用复合模管的a-a截面示意图。
19.附图标记说明：1-外层圆筒形模管；2-内层圆筒形模管；21、22-半圆形模管。
具体实施方式
20.下面结合具体附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
21.实施例1(φ50mm母合金锭制备)
22.如图1和2所示，一种合金锭浇注用复合模管，所述复合模管包括外层圆筒形模管1和内层圆筒形模管2，所述内层圆筒形模管2由两个半圆形模管21、22组成，所述内层圆筒形模管2设置在所述外层圆筒形模管1内部，所述内层圆筒形模管2的外表面与外层圆筒形模管1的内表面紧密贴合。
23.所述外层圆筒形模管1和内层圆筒形模管2的材质均为碳钢。
24.所述外层圆筒形模管1和内层圆筒形模管2的长度均为800mm，壁厚均为5mm，锥度均为0
°
，两个半圆形内壁模管内径为50mm。
25.所述外层圆筒形模管1内表面的粗糙度为3.2μm，内层圆筒形模管2内表面的粗糙度为1.6μm。
26.所述内层圆筒形模管2中两个半圆形模管21、22的接口缝隙为3mm。
27.用本实施例的合金锭浇注用复合模管浇注制备k418母合金锭5炉，10吨，统计脱模时间、合金锭烫壁率，脱模后检查合金锭表面质量、母合金浮渣等级、母合金锭中二次缩孔尺寸，见表1所示。
28.实施例2(φ80mm母合金锭制备)
29.一种合金锭浇注用复合模管，所述复合模管包括外层圆筒形模管1和内层圆筒形模管2，所述内层圆筒形模管2由两个半圆形模管21、22组成，所述内层圆筒形模管2设置在所述外层圆筒形模管1内部，所述内层圆筒形模管2的外表面与外层圆筒形模管1的内表面紧密贴合。
30.所述外层圆筒形模管1和内层圆筒形模管2的材质均为碳钢。
31.所述外层圆筒形模管1和内层圆筒形模管2的长度均为1000mm，壁厚均为5mm，锥度均为1
°
，两个半圆形内壁模管内径为80mm。
32.所述外层圆筒形模管1内表面的粗糙度为3.2μm，内层圆筒形模管2内表面的粗糙
度为1.6μm。
33.所述两个半圆形模管21、22的内表面喷涂铝酸钴晶粒细化剂，厚度为30μm。
34.所述内层圆筒形模管2中两个半圆形模管21、22的接口缝隙为4mm。
35.用本实施例的合金锭浇注用复合模管浇注制备k418母合金锭5炉，10吨。统计脱模时间、合金锭烫壁率，脱模后检查合金锭表面质量、母合金锭中夹杂物含量、母合金锭中二次缩孔尺寸、母合金锭晶粒尺寸，见表2所示。
36.实施例3(φ120mm母合金锭制备)
37.一种合金锭浇注用复合模管，所述复合模管包括外层圆筒形模管1和内层圆筒形模管2，所述内层圆筒形模管2由两个半圆形模管21、22组成，所述内层圆筒形模管2设置在所述外层圆筒形模管1内部，所述内层圆筒形模管2的外表面与外层圆筒形模管1的内表面紧密贴合。
38.所述外层圆筒形模管1和内层圆筒形模管2的材质均为碳钢。
39.所述外层圆筒形模管1和内层圆筒形模管2的长度均为900mm，壁厚均为5mm，锥度均为0
°
，两个半圆形内壁模管内径为120mm。
40.所述外层圆筒形模管1内表面的粗糙度为3.2μm，内层圆筒形模管2内表面的粗糙度为1.6μm。
41.所述内层圆筒形模管2中两个半圆形模管21、22的接口缝隙为4mm。
42.用本发明实施例的合金锭复合模管浇注制备k418母合金锭5炉，8吨。统计脱模时间、合金锭烫壁率，脱模后检查合金锭表面质量、母合金锭中夹杂物含量、母合金锭中二次缩孔尺寸，见表3所示。
43.本发明实施例中的合金锭浇注用复合模管在合金锭脱模时，半圆形模管21、22与合金锭同时从外层圆筒形模管1中脱出，之后再将两个半圆形模管21、22与合金锭脱开。内层圆筒形模管脱离合金锭后，对内层圆筒形模管表面视情况进行打磨处理。处理干净后可再次与外层模管组合成合金锭浇注用复合模管，再次投入使用。另外，同一组内层半圆形模管有一个损坏后可单独替换。
44.对比例1(φ50mm母合金锭制备)
45.本例中采用生产过程常用的φ50mm单模管完成母合金锭的浇注，其余条件与实施例1相同。
46.对比例2(φ80mm母合金锭制备)
47.本例中采用生产过程常用的φ80mm单模管完成母合金锭的浇注，其余条件与实施例2相同。
48.对比例3(φ120mm母合金锭制备)
49.本例中采用生产过程常用的φ120mm单模管完成母合金锭的浇注，其余条件与实施例3相同。
50.表1实施例1与对比例1模管使用效果对比
51.[0052][0053]
表2实施例2与对比例2模管使用效果对比
[0054]
项目实施例2对比例2脱模效率40min/炉70min/炉烫壁率3％7％合金锭表面质量光滑存在冷隔二次缩孔尺寸10mm12mm浮渣等级1级2级平均晶粒尺寸15mm10mm
[0055]
表3实施例3与对比例3模管使用效果对比
[0056]
项目实施例3对比例3脱模效率30min/炉50min/炉烫壁率1％3％合金锭表面质量光滑存在冷隔二次缩孔尺寸15mm20mm浮渣等级1级2级
[0057]
从表1～3可知，本发明复合模管应用于高温合金母合金锭的浇注，脱模效率明显提升，合金锭烫壁率得到了改善，合金锭表面质量提高，二次缩孔得到有效改善，夹杂物含量明显降低，晶粒尺寸可控，大幅提高了所制备高温合金母合金的整体质量。
[0058]
本发明的合金锭浇注用复合模管一方面能够提高合金锭纯净度，提高成分均匀性，降低成分偏析，另一方面可以节约模具成本，提高模具的使用寿命，提高所制备合金锭表面质量，再者可以提高合金锭的脱模效率，节约劳动成本。
[0059]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据本发明实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围。