[发明专利]一种大直径轻合金长管坯的制备装置和方法

摘要

一种大直径轻合金长管坯的制备装置和方法，属于金属材料加工和冶金技术领域。该制备装置主要由离心模具、辊轮、流槽、移动小车和小车导轨组成。该制备方法包括：1.计算机模拟仿真，确定凝固速度；2.配制轻合金熔液；3.制备管坯：(1)离心模具预热；(2)逐层浇注，最终制得大直径轻合金长管坯。该方法采用卧式离心铸造，通过逐层凝固的方式即从外层至内层依次浇注，层与层之间实现冶金结合不能出现分层，制备出了外直径400mm‑1400mm，内直径为380‑1380mm，长度2m‑20m的镁合金管材，铸件组织细小、组织致密，消除了宏观偏析，开创了大直径高性能镁合金长管坯制备工艺的先河。

主权项

1.一种大直径轻合金长管坯的制备方法，其制备装置包括离心模具、辊轮、流槽、移动小车和小车导轨；所述的离心模具为空心管材，其下方设置有辊轮，在离心模具空心内设置有流槽，流槽的另一端与移动小车相连接，移动小车上方设置有放置熔炼设备的可倾转浇注支架，移动小车的车轮下方设置有小车导轨；浇注时，熔炼设备放置于移动小车的可倾转浇注支架上，熔炼设备的垂直中心轴和流槽的水平中心轴垂直；所述的辊轮包括支撑辊和驱动辊，驱动辊由电机驱动；所述的支撑辊至少为3个，驱动辊至少为1个；驱动辊和支撑辊之一设置于接近移动小车的一端，通过驱动辊带动离心模具旋转；在离心模具下方至少设置有一对支撑辊，至少有一对支撑辊设置于离心模具远离移动小车的一端；所述的流槽与移动小车相连接的方式是螺栓连接；所述的熔炼设备设置有开口，方便轻合金熔液的倾倒，将熔炼设备放置于移动小车的可倾转浇注支架时，熔炼设备的开口位于流槽的正上方；其特征在于，大直径轻合金长管坯的制备方法，包括以下步骤：步骤1：确定凝固速度通过计算机模拟离心铸造逐层凝固过程中温度场的变化，优化离心铸造工艺参数，确定合理的凝固速度、装置中可旋转浇注支架的角速度、装置中移动小车的车速；步骤2：配制轻合金熔液按照轻合金成分配比称量原料，熔炼，制得轻合金熔液，加热到浇注温度，保温待用；步骤3：制备管坯(1)离心模具预热对离心模具外壁进行加热，对离心模具内壁温度进行测量，当离心模具内壁温度为150℃‑300℃时，开始浇注；(2)逐层浇注根据计算机仿真模拟优化后的工艺参数，将装有轻合金熔液的熔炼设备放入移动小车的可倾转浇注支架上进行浇注，轻合金熔液流入流槽中，通过流槽引导进入离心模具中进行浇注，同时，移动小车在小车导轨上移动，实现流槽在离心模具内移动，将轻合金熔液采用逐层浇注的方式浇注，最终制得大直径轻合金长管坯；其中，逐层浇注的具体方法为：离心铸造过程采用逐层浇注，以设定的大直径轻合金长管坯的外径为第一层，由外径向内径进行浇注，浇注的层数按照壁厚进行设定，浇注过程中，每层厚度L需满足L1>L2>L3>……>Li，其中，L1为第一层浇注厚度，L2为第二层浇注的厚度，L3为第三层浇注的厚度，依次类推，Li为最后一层浇注的厚度；其中，每一层浇注过程中，离心模具转速分为三个阶段：第一阶段是快速使得合金液尽快达到预设转速；第二阶段中速，当轻合金熔液充满离心模具后，轻合金熔液与离心模具旋转同步时适当降低旋转速度；第三阶段慢速，当轻合金熔液凝固完成时进一步降低转速。