[发明专利]一种超声波辅助铸造装置及制造铝锂合金的方法有效

专利信息
申请号: 201910720352.7 申请日: 2019-08-06
公开(公告)号: CN110284030B 公开(公告)日: 2020-08-04
发明(设计)人: 李晓谦;蒋日鹏;张立华;胡雨琪;李瑞卿;刘峙麟 申请(专利权)人: 中南大学
主分类号: C22C21/16 分类号: C22C21/16;C22C1/03;B22D27/08
代理公司: 北京高沃律师事务所 11569 代理人: 刘潇
地址: 410000 湖南*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 一种 超声波 辅助 铸造 装置 制造 合金 方法
【说明书】:

发明涉及活泼金属熔炼技术领域,提供了一种超声波辅助铸造装置及制造铝锂合金的方法。本发明提供的装置包括熔炼炉、铸造设备和超声波振动系统。本发明增加了超声波振动系统用于辅助铸造,在超声外场的作用下对坩埚和铸模内的宏观温度场、流场、溶质场进行调控,减少结晶相的偏聚,实现高品质铝锂合金铸锭的制备;本发明的装置可以在不同的铸造阶段根据工艺的需要对炉腔内的气氛进行控制,从而增加了整个工艺链的可拓展性。利用该装置制造铝锂合金,能够提升铸锭组织均匀性,抑制粗大晶粒的形成,适用于不同直径的铝锂铸锭生产。

技术领域

本发明涉及活泼金属熔炼技术领域,特别涉及一种超声波辅助铸造装置及制造铝锂合金的方法。

背景技术

铝合金铸锭主要通过在空气气氛中熔化来生产,合金熔体通常在较大容量的保温炉中进行熔化、除气和过滤等操作,所得熔体直接进行冷却铸造热轧,机械加工成各种半成品形式的板坯和坯料,如板材,挤压件和锻件等。铝锂合金的生产工艺与此相同,只是由于合金液中锂元素高活泼特性,使得在铸造过程中需要控制锂元素的还原反应,因此对于铸造装置有相应的要求。

目前,金属锂与任何其他活性金属一样,可以在工业规模的氩/氦气气氛保护环境下进行熔炼。通过在填充有高纯度氩或氦的真空感应或电阻熔化炉中熔化,生产出优质铝锂合金锭。

但是,对于实现高强度、延展性、韧性、疲劳寿命铝锂合金的制备,还需要进一步细化铸造晶粒尺寸。锻造产品的最终晶粒尺寸取决于两个因素:精细的铸态晶粒尺寸和热机械加工过程中的晶粒生长控制。在铸造过程中少量添加细化剂,会引起晶粒细化而基本不影响产品属性,最常用的细化剂是TiBAl中间合金。

但是在添加细化剂的过程中,成分控制不当对铝熔体凝固过程产生不良影响,其次随着铝锂合金的组元数不断增加,细化剂的选择愈发困难,因此需要采取新的技术工艺改善晶粒大小。

此外,锂元素化学性能非常活泼,极容易与氧气、氢气、氮气等发生反应,其铝锂合金的制备对环境气氛要求较高,现有的工艺装备难以对不同铸造阶段的气氛进行控制。

发明内容

本发明目的在于提供一种超声波辅助铸造装置及制造铝锂合金的方法,本发明提供的装置在炉体上增加了超声辅助铸造装置,且在不同的铸造阶段可以实时熔炼炉内气体环境,使用本发明的装置可以实现高品质铝锂合金铸锭的制备,提升铸锭组织均匀性,抑制粗大晶粒的形成。

为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:

一种超声波辅助铸造装置,包括熔炼炉、铸造设备和超声波振动系统;

所述熔炼炉包括熔炼炉炉体和设置在熔炼炉炉体顶部的熔炼炉炉盖;所述熔炼炉炉体上设置有进气口和真空抽气口;所述熔炼炉炉盖上设置有A开口和B开口;

所述铸造设备位于熔炼炉炉体内部,包括熔炼设备和铸模,所述熔炼设备包括电阻加热炉和位于电阻加热炉内的坩埚,所述坩埚位于A开口的正下方;所述铸模位于熔炼设备的侧下方并且位于B开口的正下方;所述电阻加热炉上设置有转轴,通过转轴转动电阻加热炉将坩埚内熔体倒入铸模中;

所述超声波振动系统包括超声换能器、变幅杆和辐射杆;应用时,所述超声波振动系统的辐射杆自A开口或B开口中插入。

优选的,所述电阻加热炉内设置有温度检测系统;所述铸模内设置有熔体液面高度检测系统。

优选的,所述熔炼炉炉体夹层和电阻加热炉腔体夹层中设置有冷却水系统。

优选的,所述装置还包括搅拌装置,应用时搅拌装置从A开口插入用于搅拌坩埚内的熔体。

本发明提供了一种利用上述方案所述的装置制造铝锂合金的方法,包括以下步骤:

(1)向坩埚中进行第一次加料,然后将熔炼炉封闭,电阻加热炉对坩埚内铸锭进行熔炼,得到熔体;所述第一次加料加入的为纯铝和铜中间合金;

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