一种定向或单晶铸件晶粒生长方向控制设备及其控制方法与流程

本发明涉及金属铸造，特别是涉及一种定向或单晶铸件晶粒生长方向控制设备及其控制方法。

背景技术：

1、定向柱晶叶片和单晶叶片由于消除了横向晶界，其纵向力学性得到了明显提高，因此通常被用来作为航机和燃机关键的热端部件铸件。该类叶片主要通过快速凝固法(hrs)来制备，虽然工艺成熟稳定，但其温度梯度低，并且随着抽拉距离的增加，下降很快，导致铸件的晶粒取向偏离轴向增大甚至出现等轴晶。同时，在实际生产中，由于模壳结构的不同，模壳出现阴面和阳面，铸件固液界面弯曲变形，极易导致铸件出现晶粒取向偏差增加和断头晶，严重降低了铸件的综合使用性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种定向或单晶铸件晶粒生长方向控制设备及其控制方法，在加热棒和加热体作用下，浇注时可以为铸件的内外侧提供热量进行保温，提高定向凝固过程中铸件的温度梯度，使其生长中的组织得到细化，性能提高，生产定向和单晶铸件晶粒取向好，不易产生断头晶和杂晶，在水冷托盘作用下，尤其是水冷内圆对铸件中心进行降温，能够保持铸件固液界面稳定不倾斜，改善固液界面形貌，降低单晶铸件大平台边角出现不同取向晶粒的几率，提高定向或单晶铸件的合格率，降低缺陷的产生。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明公开了一种定向或单晶铸件晶粒生长方向控制设备，包括设备外罩、内设有控制腔室的设备底座以及轴线竖向设置的水冷托盘，所述水冷底盘包括由外至内依次紧密套设的水冷外环、水冷中环以及水冷内圆，所述水冷外环固定连接在所述设备底座的顶部，所述控制腔室内设有用于独立驱使所述水冷中环和所述水冷内圆升降的升降机构，所述设备底座的顶部设有供所述水冷中环和所述水冷内圆进出所述控制腔室的进出口，所述水冷中环的顶面可拆卸的安装有环形模壳，所述水冷内圆的顶面安装有同轴位于所述环形模壳中心的加热棒，所述设备外罩固定在所述水冷外环上并罩设在所述环形模壳外，所述设备外罩的内壁上设有位于所述环形模壳四周的加热体，所述设备外罩的顶部安装有用于向所述环形模壳内浇注的浇口杯。

3、优选地，所述加热棒为石墨加热棒。

4、优选地，所述设备外罩的内壁上设有保温层。

5、优选地，其特征在于，所述加热体为磁加热体，所述设备外罩的外壁上设有为所述磁加热体提供感应磁场的加热线圈。

6、优选地，所述水冷中环和所述水冷内圆通过锁止机构互锁。

7、优选地，所述锁止机构包括锁紧螺栓和对应设置在所述水冷中环和所述水冷内圆上的螺栓耳板。

8、优选地，所述升降机构包括能够上下升降的抽拉杆，所述水冷内圆的底壁同轴连接有一个所述抽拉杆，所述水冷中环的底壁连接有分设在其轴线两侧的两个所述抽拉杆。

9、优选地，所述抽拉杆为中空杆，所述水冷内圆的抽拉杆一端与所述水冷内圆连通，另一端设有冷却水门，所述水冷中环的两个抽拉杆一端与所述水冷中环连通，另一端分别设有冷却水进口和冷却水出口。

10、还公开了一种定向或单晶铸件晶粒生长方向控制方法，包括以下步骤：

11、s1、将上述的定向或单晶铸件晶粒生长方向控制设备安装在保温炉内，将浇口杯与熔炼室连通；

12、s2、对保温炉和熔炼室进行抽真空，熔炼室进行熔炼，并安预设保温时间保温，将熔炼的合金液通过浇口杯浇注到环形模壳内，加热体和加热棒进行加热保温，浇注完后安预设静置时间静置，然后关闭加热棒和加热体；

13、s3、水冷外环、水冷中环以及水冷内圆内注入冷却水，水冷中环先下降，待铸件抽拉结束，水冷内圆再下降到与所述水冷中环同一水平位置，待所述环形模壳温度冷却到预设冷却温度以下后，将所述环形模壳取出，获得定向铸件或单晶铸件。

14、优选地，熔炼时温度控制在1500-1570℃，预设保温时间为3-5min；浇注时温度控制在1480-1550℃，预设静置时间为2-5min；所述预设冷却温度为100℃。

15、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

16、本发明的控制设备中，加热棒和加热体可以为铸件的内外侧提供热量进行保温，提高了铸件在定向凝固过程中的温度梯度，使其生长中的组织得到细化，性能提高，用此技术生产的定向和单晶铸件晶粒取向好，不易产生断头晶和杂晶，水冷托盘中的水冷内圆能够对铸件的中心降温，使得铸件的固液界面稳定不倾斜，改善固液界面形貌，降低单晶铸件大平台边角出现不同取向晶粒的几率，提高定向或单晶铸件的合格率，降低缺陷的产生。

技术特征：

1.一种定向或单晶铸件晶粒生长方向控制设备，其特征在于，包括设备外罩、内设有控制腔室的设备底座以及轴线竖向设置的水冷托盘，所述水冷底盘包括由外至内依次紧密套设的水冷外环、水冷中环以及水冷内圆，所述水冷外环固定连接在所述设备底座的顶部，所述控制腔室内设有用于独立驱使所述水冷中环和所述水冷内圆升降的升降机构，所述设备底座的顶部设有供所述水冷中环和所述水冷内圆进出所述控制腔室的进出口，所述水冷中环的顶面可拆卸的安装有环形模壳，所述水冷内圆的顶面安装有同轴位于所述环形模壳中心的加热棒，所述设备外罩固定在所述水冷外环上并罩设在所述环形模壳外，所述设备外罩的内壁上设有位于所述环形模壳四周的加热体，所述设备外罩的顶部安装有用于向所述环形模壳内浇注的浇口杯。

2.根据权利要求1所述的定向或单晶铸件晶粒生长方向控制设备，其特征在于，所述加热棒为石墨加热棒。

3.根据权利要求1所述的定向或单晶铸件晶粒生长方向控制设备，其特征在于，所述设备外罩的内壁上设有保温层。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的定向或单晶铸件晶粒生长方向控制设备，其特征在于，所述加热体为磁加热体，所述设备外罩的外壁上设有为所述磁加热体提供感应磁场的加热线圈。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的定向或单晶铸件晶粒生长方向控制设备，其特征在于，所述水冷中环和所述水冷内圆通过锁止机构互锁。

6.根据权利要求5所述的定向或单晶铸件晶粒生长方向控制设备，其特征在于，所述锁止机构包括锁紧螺栓和对应设置在所述水冷中环和所述水冷内圆上的螺栓耳板。

7.根据权利要求1至3任意一项所述的定向或单晶铸件晶粒生长方向控制设备，其特征在于，所述升降机构包括能够上下升降的抽拉杆，所述水冷内圆的底壁同轴连接有一个所述抽拉杆，所述水冷中环的底壁连接有分设在其轴线两侧的两个所述抽拉杆。

8.根据权利要求7所述的定向或单晶铸件晶粒生长方向控制设备，其特征在于，所述抽拉杆为中空杆，所述水冷内圆的抽拉杆一端与所述水冷内圆连通，另一端设有冷却水门，所述水冷中环的两个抽拉杆一端与所述水冷中环连通，另一端分别设有冷却水进口和冷却水出口。

9.一种定向或单晶铸件晶粒生长方向控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的定向或单晶铸件晶粒生长方向控制方法，其特征在于，熔炼时温度控制在1500-1570℃，预设保温时间为3-5min；浇注时温度控制在1480-1550℃，预设静置时间为2-5min；所述预设冷却温度为100℃。

技术总结本发明公开了一种定向或单晶铸件晶粒生长方向控制设备及其控制方法，属于金属铸造技术领域，包括设备外罩、设备底座和水冷托盘，水冷底盘包括由外至内依次套设的水冷外环、水冷中环和水冷内圆，水冷外环固定在设备底座的顶部，控制腔室内设有升降机构，设备底座的顶部设有进出口，水冷中环的顶面可拆卸的安装有环形模壳，水冷内圆的顶面安装有位于环形模壳中心的加热棒，设备外罩固定在水冷外环上并罩设在环形模壳外，设备外罩的内壁上设有加热体，设备外罩的顶部安装有浇口杯。加热棒和加热体可提高铸件凝固过程中的温度梯度，使铸件晶粒取向好，不易产生断头晶和杂晶，在水冷托盘尤其是水冷内圆作用下，能够改善固液界面形貌，降低缺陷的产生。技术研发人员：王海锋,田运灿,李卓然,黄太文,刘林受保护的技术使用者：苏州高晶新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13