技术领域
[0001] 本发明涉及熔模精密铸造技术，更具体的是涉及一种液态金属加热定向凝固装置及铸造方法。
相关背景技术
[0002] 现有高温合金的定向凝固设备和工艺存在两个明显缺点，一是模壳在加热室的加热和在冷却室的散热都是通过辐射的方式进行，效率很低，造成温度梯度小，铸态组织粗大等缺点。二是模壳向下抽拉，而铸件向上进行定向凝固，与重力方向相反，导致雀斑缺陷的生成。人们曾在冷室中利用液态金属冷却即LMC法(Liquid Metal Kooling,)代替辐射来冷却模壳，但在热室中模壳的加热方式仍为辐射。而且凝固方向仍为向上的逆重力方向，所以雀斑问题依然存在。本发明人曾发明了一种模壳提升式的定向凝固设备和铸造方法(CN202010736374.5)，凝固方向与重力方向一致，使得雀斑问题基本得到解决。但是加热和散热方式仍为效率很低的辐射换热，使得温度梯度和冷却速率都很低。本申请在此基础上做了进一步改进，增添了传导和对流的方式进行加热和冷却，使得换热效率大大提高。
具体实施方式
[0024] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0025] 实施例一
[0026] 如图1及图2所示，本发明提供一种液态金属加热定向凝固装置，包括冷室14及热室13，升降装置7、模壳11，所述模壳11上部为敞口，在所述敞口处设置有激冷盘8进行封盖，所述冷室14设置于热室13的上方，所述升降装置7设置于激冷盘8的上方。在热室13与冷室14之间设置有隔热层2，所述模壳11穿过隔热层2设置于热室13中。
[0027] 在所述冷室14内设置有多个喷射冷却介质的喷嘴9，所述喷嘴9环绕所述模壳11设置，所述冷却介质为氩气。提升模壳11的同时通过喷嘴9向模壳11喷射氩气进行冷却，使散热效率大大提高，凝固界面17低于隔热层2，温度梯度大大提高。
[0028] 本实施例中，所述热室13为液态金属熔池，热室13包括坩埚6及内部的液体金属5，该液态金属材料为Al合金。
[0029] 本实施例中，所述隔热层2为柔性隔热材料，隔热层2厚度设置为5至30mm，材料可为空心陶瓷球，直径为1至5mm。另外，隔热层2也可采用液态保护渣。
[0030] 本实施例中，所述激冷盘8为水冷铜盘结构，封盖于模壳11上端的敞口上。
[0031] 本实施例中，所述模壳11的浇道为直浇道3，在直浇道的上部设置有浇口杯1，该直浇道3设于所述模壳11一侧，在底部与所述模壳11的型腔连通，所述直浇道3外周包裹有保温材料4。保温材料4可采用陶瓷棉或碳毡。凝固过程中直浇道3中的高温合金熔液持续对铸件中的凝固收缩进行补缩，防止了缩松产生，另外，正是由于包裹了保温材料4，导致散热和凝固缓慢，液面高于型腔中的液面，直到整个模壳11穿过隔热层2升入冷室14，模壳11内的金属液全部凝固，最终得到无雀斑缺陷的定向凝固铸件。
[0032] 另外，本实施例中可在激冷盘8下方设置选晶器(图中未示出)，使得多晶定向凝固变成单晶定向凝固。
[0033] 在本实施例中，热室13为液态金属熔池，冷却方式采用喷嘴9将冷却介质喷向升出的模壳11表面，对模壳11和里面的高温合金进行强制冷却，使得模壳11内的高温合金液体实现由上向下的顺重力定向凝固。在消除高温合金定向和单晶铸件中普遍存在的雀斑缺陷的同时，由于利用传导和对流的方式代替了传统工艺中的辐射方式进行加热和冷却，换热效率和温度梯度大大提高，
[0034] 实施例二
[0035] 本发明同时还提供一种基于实施例一述液态金属加热定向凝固装置的定向凝固铸造的方法，参考图1及图2，包括步骤：
[0036] S1：在热室13的坩埚6中加满Al合金料，通过感应或电阻式加热器进行加热至熔化形成液体金属5，并补充Al合金料使得液体金属5的上表面接近坩埚6的上沿，距离为10到50mm，形成液态金属熔池，温度保持在700℃至1500℃；在液体金属熔池上设置隔热层2，隔热层厚度为5到30mm，隔热层2材料可为空心陶瓷球，直径为1到5mm，或者采用液态保护渣。
[0037] S2：通过升降装置7将连接在激冷盘8上的模壳11降入液态金属熔池中，直到激冷盘8的下表面接近隔热层2的上平面，此时隔热层2的上表面接近坩埚6的上沿，调整液体金属熔池温度将模壳预热到设定温度，使模壳内外温度达到均匀。
[0038] S3：将高温合金熔液通过模壳的浇道浇入模壳11内，使模壳11内高温合金熔液上升与激冷盘8接触形成激冷层10；
[0039] S4：通过升降装置7将模壳11以设定速度(1‑6mm/min)提升，穿过隔热层2升入冷室14。
[0040] S5：提升模壳11的同时通过喷嘴9将冷却介质喷向升出的模壳11表面，对模壳11和里面的高温合金进行强制冷却；模壳11内的高温合金液体实现由上向下的顺重力定向凝固。利用传导和对流的方式，大大提高了换热效率和温度梯度。
[0041] 本实施例中，所述步骤S2中设定温度1500—1550℃。
[0042] 本实施例中，所述步骤S3中，所述模壳11的浇道为直浇道3，所述直浇道3设于所述模壳11一侧与所述模壳11底部连通，浇注时所述高温合金熔液从所述模壳11的底部进入模壳11内，所述直浇道3外周包裹有保温材料4。
[0043] 上述实施例仅用于说明本发明的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，都应属于本发明的保护范围。
