[发明专利]凝固过程可控的钛基合金反重力铸造装置及铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种反重力铸造装置及其工艺领域，具体为一种凝固过程可控的钛基合金反重力铸造方法和吸铸系统。 

背景技术

精密铸造是一种先进的近净成形的铸造工艺，在众多的领域得到了应用，特别适用于形状复杂、薄壁构件的成形。反重力铸造作为精密铸造的一种方法，有利于实现金属液的平稳充型，正压凝固，补缩效果优良，其生产的铸件具有尺寸精确、成品率高、力学性能好和内部质量高等特点，一般不经过加工或稍作加工便可应用，因而可以节省大量的金属和机械加工装置。反重力生产装置效率高，易于实现生产过程的机械化和自动化，从而可以减轻工人劳动强度，改善劳动条件，提高经济效益。 

由于反重力铸造的优势，该方法在铝合金、镁合金等领域得到了广泛的应用。中国专利申请号：02115638，发明名称：“镁、铝合金反重力铸造真空消失模铸造方法及其装置”：该专利所述的装置由浇注炉、炉盖上的浇注台，其上放置的砂箱，连通浇注炉和砂箱的浇注管构成，浇注炉内包括带不锈钢炉衬的坩埚，浇注管外包覆保温加热线圈，浇注炉盖上具有保护气体和可控压力惰性气体通道，其综合了真空消失模和反重力铸造的特点。中国专利申请号：200510029885.9，发明名称：“铝基复合材料反重力铸造真空吸铸成形其装置”：该专利所述的装置由熔炼装置、真空吸铸装置和气路部分组成，该装置在中隔板上设置了一个搅拌器，在熔炼的过程中可对熔体进行搅拌，避免了复合材料成形过程中的颗粒沉降和团聚。由于钛合金、钛铝合金的流动性较差，必须对铸型进行预热保温以保证完整地充型，同时钛铝合金开裂倾向大，需采用缓冷的方式对其开裂问题进行控制，该装置难以实现对凝固过程的控制。 

中国专利申请88102624公开了金属反重力铸造的装置和方法，中国专利申请88102623公开了反重力铸造的装置和方法，中国专利申请89106430.3公开了反重力铸造方法和装置，中国专利申请93107264.6公开了反重力铸造的装置与方法。上述专利都是将铸型放置于液态合金或熔融金属基复合材料上方的密封室内，对密封室抽真空，密封室与下面的液态合金面上产生压差，液态合金在此压差的作用下克服重力而 填充型腔；上述方法的共同特征是要利用真空泵系统产生压差，均不能对铸型进行加热，不利于实现铸件可控凝固，对于钛合金、钛铝合金等铸造性能差的合金，不能保证复杂薄壁件的完整充填与缺陷控制。 

中国专利申请200810150346.2公开了一种钛及钛合金的铸造方法，中国专利申请号CN101121196A公开了一种钛合金的铸造方法，其特征均在于采用真空感应熔炼将钛合金加热至熔融状态，采用真空吸铸将钛基合金熔体吸铸入预热至20～500℃陶瓷铸型内，后随炉冷却。上述两种方法在合金熔炼之前将陶瓷铸型加热并放置于上炉体，再进行抽真空、熔炼等过程，在此过程中铸型的温度会急剧下降，不可实现对铸型温度的控制，再者由于钛基合金的相变温度较高，低的铸型温度不能对组织进行控制，会导致浇注过程中存在充型不完整、组织粗大以及铸件开裂的现象，从而导致合金构件性能恶化甚至报废。 

综上所述，对于钛基合金，由于其熔点高、糊状区大、流动性差，在凝固过程中易发生开裂、铸造组织粗大且不均匀，现有的反重力铸造装置及方法均不能实现对铸件的可控凝固。针对钛基合金充型难、组织不均匀、易开裂等问题，希望开发出一种可获得性能优良的钛基合金铸件的可控凝固方法及装置。 

发明内容

为克服现有钛基合金铸造技术中存在的铸型温度不可控、铸造组织粗大不均匀、铸件易开裂的缺点，本发明提出了一种凝固过程可控的钛基合金反重力铸造装置及铸造方法。 

本发明包括熔炼系统和吸铸系统，所述熔炼系统包括下炉体、感应加热器、水冷铜坩埚、坩埚升降机构、惰性气体储气瓶和抽真空管道。其中，所述的感应加热器为水冷铜线圈，缠绕于水冷铜坩埚外侧，坩埚升降机构位于水冷铜坩埚下方由电机控制，可实现水冷铜坩埚的升降。吸铸系统由上炉体、升液管、升液管加热器、铸型加热器、铸型固定套筒、陶瓷铸型组成。所述的铸型固定套筒、升液管和升液管加热器都固定于上炉体上，铸型固定在铸型套筒内；吸铸系统包括上炉体、升液管、升液管加热器、铸型固定套筒和陶瓷铸型。所述的铸型固定套筒、升液管和升液管加热器均按常规方式固定在上炉体内；陶瓷铸型固定在铸型套筒内。其特征在于：