铸造超镍合金过程中热收缩致裂的缓解方法.pdf

上传人:xia****o6 文档编号:926133 上传时间:2018-03-19 格式:PDF 页数:11 大小:454.84KB
返回 下载 相关 举报
摘要
申请专利号:

CN200980114535.9

申请日:

2009.04.24

公开号:

CN102015159A

公开日:

2011.04.13

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):B22D 21/02申请日:20090424|||公开

IPC分类号:

B22D21/02; B22C9/08

主分类号:

B22D21/02

申请人:

古德温公开有限公司

发明人:

理查德·斯坦利·古德温; 斯蒂芬·罗伯茨

地址:

英国斯托克/特伦特河畔

优先权:

2008.04.25 GB 0807614.3

专利代理机构:

北京安信方达知识产权代理有限公司 11262

代理人:

李冬梅;王漪

PDF下载: PDF下载
内容摘要

一种铸造超镍合金过程中热收缩致裂的缓解方法,该方法包括:将液体合金倒入模具以使液体合金出现在所述模具的冒口;以及向所述冒口中的合金导入电流以降低冒口中合金的冷却率。

权利要求书

1: 铸造超镍合金过程中热收缩致裂的缓解方法,该方法包括 : 将液体合金倒入模具以使液体合金出现在所述模具的冒口 ; 以及 向所述冒口中的合金导入电流以降低冒口中合金的冷却率。
2: 在权利要求 1 的方法中,其中引入电流降低冒口内合金的温差范围。
3: 权利要求 1 或 2 的方法中,其中所述冒口高度和底部直径的比的范围为 :1.25 ∶ 1 到 4 ∶ 1,优选范围 1.6 ∶ 1 至 2.5 ∶ 1。
4: 权利要求 1,2 或 3 的方法中,所述冒口直径大于 150mm,优选大于 300mm,更加 优选大于 500mm。
5: 以上任意一个权利要求的方法中,冒口直径介于 400 到 600mm 之间。
6: 以上任意一个权利要求的方法中,任一冒口和成模接触的总表面积介于 0.125 到 0.295 平方米之间。
7: 权利要求 1 或 4 的方法中,其中至少 3 吨液体合金,优选至少 6 吨液体合金,倒入 模具。
8: 以上任意一个权利要求的方法中,其中模具由树脂颗粒物组成。
9: 以上任意一个权利要求的方法中,其中冒口直径比没有引入电流就能使冒口中的 合金产生热致裂的冒口更大。
10: 以上任意一个权利要求的方法中,其中电流沿冒口中合金长度方向导入。
11: 以上任意一个权利要求的方法中,其中导入金属的电流使用范围在 200 赫兹至 450 赫兹频率的交流电。
12: 以上任意一个权利要求的方法中,其中导入所述冒口的放射状外层部分的电流强 度要高于导入中间部分的电流强度。
13: 以上任意一个权利要求的方法中,其中导入电流为至少 200 千瓦的交流电。
14: 以上任意一个权利要求的方法中,其中所述导入发生在已达固相线并缓慢冷却到 固态的金属中。
15: 以上任意一个权利要求的方法中,其中所述导入发生的过程是不连续的。
16: 以上任意一个权利要求的方法中,其中电流导入绝大部分冒口中的合金。
17: 以上任意一个权利要求的方法中,进一步包括用来导入所述电流的冷却导电材 料。
18: 一种制备由超镍合金制成的产品的方法,包括 : 上述任意权利要求的方法 ; 固相线温度下的铸件冷却 ; 铸件从模具中的移除 ;以及 对铸件的热处理。
19: 一个制造高压汽轮机铸件的方法,包括上述任意一个权利要求的方法。
20: 一个基本由上文所述以及附图描写的方法。

说明书


铸造超镍合金过程中热收缩致裂的缓解方法

     本申请是关于一种超镍合金铸造的方法,尤其适用于容易产生裂纹的大型铸件。 用于制造铸件的装置包括用来定义产品形状的模具和冒口。 铸件是通过将熔融 金属浇入模具,来获得需要的产品形状,其与铸锭的不同之处在于,铸锭的形状通常没 有那么复杂,并且需要进一步的热化学处理过程来完成最终塑型。 熔融金属通常是通过 内浇口或冒口注入到模具,冒口球形体积的选择取决于冒口头部 ( 即,冒口内的金属 ) 要 在模具中其它部分的金属之后固化。 通常这要求冒口等效球形体积比铸件的等效球形体 积大,每个铸件可以用一个以上的冒口。
     冒口或者冒口管是连接在金属铸件 ( 沙 ) 模上的贮存器,来预防收缩引起的孔 洞。 流动的金属的密度比固体的小,铸件在冷却的过程中逐渐收缩,将留下空隙,而且 通常在固化的最后一步形成。 冒口的作用就是防止这个现象产生,它在最容易产生收缩 的位置提供熔融金属,这样空洞就会在冒口的金属固化位置上产生,而不是在铸件上面 产生。
     直到现在,生产大型镍合金铸件都是不可能的。 这是因为如果使用传统方法来 计算大型超镍合金铸件的有效冒口大小,铸件上面就会产生裂纹。
     本发明提供了一种铸造超镍合金过程中热收缩致裂的缓解方法,该方法包括 : 将液体合金倒入模具以使液体合金出现在所述模具的冒口 ;向所述冒口中的金属导入电 流以降低冒口中金属的冷却率。
     通过该方法,就能制造出没有裂纹的大型超镍合金铸件。 可以通过两种方法实 现,使用的冒口直径小于计算出的有效冒口直径,然后加热冒口中的合金,来确保它不 会冷却 ( 如下所述 ),或者是减少冒口内合金的温差范围,因此,尤其是在冒口和铸件的 交界处,就不会产生大的热 应力。 这种情况下,冒口头的直径可以大于或者小于有效冒 口直径,也可以大于引起裂纹发生的直径 ( 来确保有足够的活动液体体积 )。 因此,就可 以克服制造超镍合金的困难 ( 铸钢或者其它传统铸材是不存在这些困难的 )。
     下面将通过示例对本申请进行描述,示例仅仅参考相应的附图 :
     图 1 示意性地说明了根据本申请用于铸造金属的装置 ;和
     图 2 是阀体铸件的透视截面图,说明导电材料的位置,用来在冒口的液体金属 中引导涡电流的。
     与钢相比,超镍合金 ( 含镍大于 55%的 ) 具有非常不同的冒口特征 ( 例如,铸造 中模具冒口的表征 )。
     由于镍合金的导热系数很低,其冒口的直径必须限制 ( 名义上,镍合金 10W/ m℃与钢铁 50W/m℃相比较 )。
     如果在超镍合金铸件上使用太大直径的冒口,那么在冒口头下经常都会发现裂 纹。 这是由于镍合金的低热导性。
     正常的,冒口头的外侧将首先凝固 ;但是和铸钢件比,其导热性很低,所以等 到冒口头的中心固化时,外侧的温度已经低很多。 这就意味着,从刚刚固化温度到室
     温,由于冒口中心的金属收缩,建立了相当大的拉张应力。 发生的原因是由于冒口头外 侧的直径和外面金属的刚性是固定的,但同时,中央的金属仍然在冷却和收缩。 这导致 了非常强的拉张应力,超出了冒口中央金属的极限拉张应力,因此导致了裂纹。 只是, 在移走冒口的过程中,是热或冷过程,这些裂纹通常会通过壁厚缺陷来传播。 当冒口的 基本直径 ( 或者冒口和模具的接触等面积 ) 大于大约 400mm( 或者 0.125m2 等面积 ) 时, 就会产生这样的裂纹。
     由于优良的热传导性,定向凝固所要求的温度梯度是很难控制的。 和钢铁相 比,镍合金具有较大的凝固范围。
     一个有效冒口的条件为 :1) 它不冷却 ( 如下描述 ),2) 它具有足够的 活动液体 体积来克服铸件的体积收缩。 对于非常大型的超镍合金铸件来说,通常通过收缩计算得 出来的所要求的有效冒口是要很大直径的冒口头的。 但是,这么大型的冒口头是不可能 实现的,原因就向之前描述的那样,它会导致裂纹。 有一个可能解决的办法就是提供大 量的冒口头,这就增加了复杂性以及浪费,但是除非小的冒口头在铸件之后凝固,这些 冒口头也是不能正常发挥作用的。 确实,大量的冒口试图保持铸件充分加热,因此也就 要求更大直径的冒口。 那么冷却的过程,冒口内的金属比模具内金属提前冷却,冷却时 模具内金属收缩也无法得到冒口内液体金属的补充了,所以仍然是个问题。 本发明直接使用直径为 150-900mm 或者 300-900mm 甚至更大的冒口头。 优选 的直径范围是 400 至 600mm。 冒口头直径比此发明前最大尺寸以及所有使用过的尺寸都 大。 大直径对于解决大型超镍铸件的收缩是很有必要的 ( 在此之前这种大型超镍铸件是 不可能实现的 )。 这种铸件的注入重量可以达到 3000 或者 6000 公斤,或者甚至超过 4000 公斤或者 12000 公斤或达到 20000 或 25000 公斤的成品重量。 这等同于至少 0.5m3 的体 积,优选大于 0.6m3 或者 0.7m3,甚至有可能大于 1.4m3。 这些冒口可能足够小,可以防止 热收缩引起的裂纹,但又足够大,可以应付大型超镍合金铸件的高热收缩率。 这种情况 下,导入的电流可以长时间保持冒口内的金属处于液体状态,防止冷却。 但是,在某些 情况下,冒口尺寸可能大于收缩致裂的尺寸 ( 但是还不到有效冒口的大小 ),详见如下。
     为了保持冒口头的合金尽可能长期的处于液体状态,将要使用导电材料,向冒 口内的液体金属导入涡电流,这样就能降低冒口内液体金属的冷却速度,尤其是在冒口 的放射状外部部分。 也就是说,导入冒口放射状的外部电流强度是高于导入冒口中央的 电流强度的。
     甚至在固化后,继续向冒口头的金属导入电流。 向液体金属中导入电流的同时 也可以进行。 大于临界直径,热收缩致裂就会发生,如果使用的冒口头,其直径大于临 界直径,那么就有必要向冒口头的固体金属导入电流。
     接下来将要描述,如何通过导入热量来控制 150 至 900mm 的冒口头,避免高于 30%镍含量的超镍合金产生裂纹。
     随着铸件凝固,液体金属将从冒口头处流向铸件,减少铸件本身的收缩。 通过 导热铸件上的主要冒口,可以保持更长的熔融状态。 不需要对次冒口进行这种处理。
     通过保持冒口头内更长时间处于液体状态,尤其可以应用到超镍合金上,而且 不仅限于这种材料。 具有以下的有益效果 :
     避免不必要的使用大直径全接触的冒口,它会引起裂纹。
     当截面厚度大于能使用的正常最大直径的冒口时,仍然能够生产大型
     超镍合金铸件
     附加地或可选择地,通过降低冒口内合金 ( 水平面上的 ) 温差,有可能使用同有 效冒口一样大小的冒口头,就能制造大型的超镍合金。 如果不降低温差,就会导致热收 缩裂纹。
     有一些试图保持冒口热度的传统方法。 第一种是环绕冒口的末端放置隔热材 料,减少热损耗并更长时间的保持冒口 “活跃态”。 通常的形式是保温砖或者预制套 筒。 浇铸之后,保温能力还会加到冒口的上部,以预防热损耗。 第二种办法被称为发热 法。 同样的,用套筒装上金属氧化物,在接触到浇铸中的熔融金属时,就会产生发热反 应带来更多的热量,从而延长凝固的时间。 还有粉末,也能够带来同样的效果,从轻微 到高能量的发热反应。 使用隔热材料或者 “发热法” 的目的是为了让冒口内的金属比铸 件内金属更长时间的维持在液体状态。 这是因为除非冒口头内是液体,它是没有办法来 弥补铸件金属由于热收缩而留下的空隙的。 从液体到固体的过程以及从固相线温度降到 室温的过程都会发生热收缩。 所有的现有控制热损失的体系,都限制了冒口头的效率。 因为除非冒口足够大,冒口头将会比铸件或者铸锭先开始凝固。 很有典型的就是冒口头 内的主要和次要缩管,以及传统冒口上的下降 “U” 型。 这些管和 “U” 型都说明了冒 口只是从中心部位提供流动金属给固化中的铸件,而冒口的外部已经冷却了。 这些方法 无法提供足够的能量来应付大型超镍合金所要求的大冒口。
     感应加热是通过电磁感应,对金属物体进行非接触式加热,这时金属内产生 ( 感应 ) 的涡电流以及电阻会导致金属物加热。 感应加热器由导电材料组成,例如线圈形 状,传送中频率或高频率的交流电 (AC)。 以前也应用过冒口的感应加热来提高其它金属 铸件的成品率,尤其是小批量生产的钢铸件和其它低熔点金属。 但是,这些金属的传导 率是超镍合金的 5 倍,所以它们不会有热开裂的问题。 设计这些方法是为了减小冒口直 径,来得到高效率。 所以说,这些方法使用的冒口,其直径是小于其有效冒口的。
     针对冒口的大小以及所要求的渗透涡电流量,优选的频率范围为 200 至 450Hz, 最优选的为 200-350Hz。 典型交流电电量至少为 200kW。
     对于镍含量 ≥30%和 ≤95%的合金来说,非常适合使用冒口头的感应加热。 镍铬 铁、镍钼、镍铬钼以及含有其他成分的合金是比较典型的。
     本发明特别适用于一次性模具,例如沙模,它是使用的树脂颗粒来做的模型。 沙模的颗粒物质可以是 :沙、锆石、熔融石英、陶瓷球,或者亚铬酸盐,或是任何它 们的组合。 以生产电站用高压汽轮机铸件所使用的方法为例。 对于最先进的超超临界 汽轮机来说,铸件的运行温度高于 700 ℃,这就要求使用超镍合金,比如说因康镍合金 (inconel)625。 这些汽轮机铸件形成了高压外壳。 但是,超镍合金的焊接是很难操作的 ( 由于此材料的低热传导率,导致焊接会引起裂纹 )。 但是,由于这些铸件大小为 11-12 吨,不使用本发明的办法,是很难浇铸的。
     冒口头使用感应加热可以让冒口头直径比通常给定大小的铸件要求小。 通过缩 短冒口直径和 / 或控制冒口头外部金属的冷却率,可以避免热收缩引起的开裂。 在后一 种情况,随着冒口内金属冷却,使用感应加热来降低冒口厚度的温度分布。 也就是说, 冒口内的金属温差幅度 ( 水平面上 ) 减少了。 例如,冒口头外部有电流导入,放慢了降温速度,这样它的温度就更加接近冒口头内部的温度。 这降低热收缩效果带来的了冒口 头内的热应变,也降低了热开裂的可能性。 因此,对于大型铸件使用足够大直径的冒口 就是可行的了。 本发明的冒口头的直径尺寸显示如下。
     冒口直径范围 从 150mm 到 900mm,优选 300-900mm,更
     加优选 500-900mm。 优选的范围为 400
     600mm。 冒口直径大于 900mm 也是可以
     的,尤其是通过控制降温来达到冒口头内的
     低热梯度。 此时,冒口的横截面就等同于上
     述范围的环形冒口管的横截面。
     冒口高度和冒口底直径的比例 (H ∶ D 比例 ) 为
     冒口高度范围 : 1 ∶ 1 至 5 ∶ 1,优选为 1.25 ∶ 1 至 4 ∶ 1,更加优选
     为 1.6 ∶ 1 至 2.5 ∶ 1
     等量冒口和模具接触 0.125-0.295m2(400-600mm 等量直径 )
     面积范围 :
     为了能够向冒口头的金属导入电流,需要提供导电材料。 优选的导电材料是感 应电圈。 感应电圈应该植入沙模中,优选在成模过程中使用。 当用传统方式浇铸完铸 件,使用电源组 5 将电流通过导电材料导入。 或者,将独立的 ( 附加的 ) 感应电圈绕在 冒口头上并导入电流。
     然后使用感应线圈来控制冒口头的固化,延长其固化时间,并提升冒口金属的 效用。 这使得大型铸件在冒口之前固化,如果没有感应加热的话,那么大型铸件就会先 固化。 它还可以在固相线温度降到室温的过程中 ( 或者只是从液体变为固相 ) 降低冷却 率。
     电流沿着冒口内金属的长度放向被导入 ( 否则,在电流未导入的地方,就有热 开裂的危险 )。
     铸件逐渐降温到固相线温度以下 ( 例如降到可以安全处理铸件的温度 ),将铸件 从模具中取出。 然后再进行铸件的热处理,例如放入炉中。 热处理的温度可能会在超过 1200℃下进行。
     该装置和方法具有如下的优点 :
     减少了冒口直径的热限制,能够制造大型超镍合金铸件。 否则,此大小的铸件 无法实现。
     需要较少的能源。
     由于减小直径,可以更快的去除冒口。
     降低冒口径向直径上的冷却梯度。
     图 1 是铸件 1 的示意图。 用于制造铸件 1 的装置包括一个模具,它决定了铸件 1 的外形。 模具上有一个冒口。 液体金属沿着冒口上的内浇口 6 倒入。 金属一直倒入, 直到快要到冒口的顶部。 在固化的过程中,铸件 1 产生收缩,在液压下,液体金属会从 冒口 2 流向铸件方向,以便使铸件尽可能的保持其想要的形状,没有因热收缩而引起的 缩孔。 如图 2 所示,模具最好包含内浇口 6,这样可以向模具提供液体金属。 内浇口 6
     是一条管子,从冒口的顶端到模具的底端,所以液体金属可以从底端填满模具。 金属薄 板或者类似的东西可以放在模具的底端,这样就可以使液体金属变冷,然后远离冒口头 2 的模具底端先开始固化。
     模具还包括了导电材料 3。在图 1 有说明 ( 这是结构中唯一在图 1 解释的部位 )。 在优选实施例中,导电材料 3,就是向冒口 ( 即,组成冒口头的液体金属 ) 的液体金属导 入任何电流,最好就是线圈形状。 但是,其他形状也可能适合。
     导电材料可以埋入模具材料中。 例如,如果模具为沙模,那么在沙漠在成型 时,可以将导电材料放入沙中。 或者,可以将导电材料环绕在耐火材料上,这样就不用 埋入模具中。
     超镍合金铸件的热传导很低,所以需要很长的时间来凝固。 这就给模具带来了 特殊的挑战。 特别是,模具的耐火材料可能变得非常热。 确实,可以用导电材料 3 来引 导涡电流到冒口的液体金属中,来达到它自己的金属点。 出于这个目的,需要提供冷却 系统 4 来冷却使用中的导电材料。 一个办法就是使热传递流体流过,环绕或者靠近导电 材料 3。 这样做 的一个办法就是以管道的形式提供导电材料 3,然后让冷却流体 ( 液体或 气体 ) 通过这个管道。 有些感应电炉使用空的感应线圈,液体 ( 通常是水 ) 通过其中。 但是,本发明优选使用冷却气体,而不是水。 这是因为如果线圈融化了,但仍然有熔融 金属在模具中,就有熔融金属遇水导致爆炸的危险。 气体是一种更合适的冷却剂。 所以 我们优选使用气体作为热传递流体,来带走导电材料的热量。 这种冷却气体可以是惰性 ( 单一 ) 气体,比如说氮气或者氩气,或者是混合气体 ( 比如空气 ) 或者冷冻机气体。 冷却系统 4 中,冷热传递流体被打入到模具的导电材料一端。 随着穿过导电材 料,热传递流体加热。 在导电材料的另一端,当温度高于第一次接触导电材料时,就移 走此热传递流体。 然后可以处理掉热传递流体或者重新利用,在后种情况下,热传递流 体需要先冷却,再被重新打入通过、环绕或者靠近导电材料进行它的冷却工作。
     很多种冷却体系都是可行的。 例如,冷却流体不必穿过所有的导电材料。 例 如,导电材料可以分为几条长度,每个部分都是独立的冷却体系。
     在实施例中,线圈可以用高温熔点的金属来制作,这样可以增加线圈的安全性 和强度。
     下面将详细解释铸件是如何生产的。
     传统方法是,当铸件浇铸时,感应线圈 ( 模压 ) 围绕在冒口头上。 冒口边的径 向距离为 10 至 300mm,优选为 40 至 10mm,最优选为 75mm。
     然后,使用感应线圈 3 来控制冒口头的凝固,这样就可以使冒口的凝固时间加 长并提高冒口金属的效率。 当冒口头部位小于它在补充的铸件部分时,它就会先冷却, 不能成功完成此工作。
     首先,设计模具和冒口。 计算有效冒口直径。 如果大于此直径,就会产生裂 纹。 然后决定是让直径小一些或者维持这个大小,或者更大。 如果有效冒口尺寸是会引 起裂纹的大小,那么就需要使用到本发明。 模具 准备好之后 ( 例如沙模 ),液体金属可 以通过内浇口被浇铸到冒口,这样液体合金就出现在模具的冒口内。
     a) 立即或者第一步,大约,浇铸后的 10 分钟,感应线圈 3 还没能释放能量,但 是它有冷却剂 ( 气体或者液体 ) 不停的循环以防止感应线圈融化。
     b) 立即或者第一步之后,大约 10 分钟,感应线圈和局部感应熔化炉电源组 5 释 放能量,处于线圈 3 内的冒口温度保持着融化,直到铸件的最终浇铸形状凝固。
     随着时间过去,可以断开感应,但是冷却剂必须持续通过线圈一段时间 ( 几个 小时 ),直到辐射热和传导热不会融化掉线圈为止。
     冒口内合金达到了固相线,仍然有必要 ( 继续 ) 降低冒口的水平面温度分布,以 避免继续冷却引起的裂纹。 因此,还是有必要向冒口的固体合金导入电流,来降低冷却 率。 电流导入可以降低冒口内合金的温差幅度。 在这一个阶段 ( 正如之前的阶段 ),导 入电流可能不是持续性的 ( 交流电可能打开或者关上 ) 以及 / 或者交流电电源可能降低。
     因此,可以生产出一个完好的铸件。
     可以从图 2 看出,铸件可以有 1 个以上的冒口头 2 以及内浇口 6。 可以看出,冒 口头的尺寸刚好,所以冒口头在铸件之后凝固。 本发明可以最大化利用小的冒口头,因 为控制了凝固,铸件在冒口可以冷冻之前就几乎完成了凝固。 也就是说,因为可以控制 冒口头的固化,冒口内管道 ( 冒口外面首先固化,冒口中心的液体金属顺流而下过程中 在冒口头中间产生一个空洞 ) 可以避免出现。 这是通过使冒口头外面比没有感应加热时 保持更长时间的液态来实现的。 这会导致一个圆柱形无冒口管的扁平冒口头。 通过使用感应加热,我们可以得到一个扁平的冒口头,或者是一个直径更大 的、没有热感应裂纹的冒口头。 热电偶 7 可以提供冒口头表面温度的信息,此信息可作 为反馈或前馈使电源组 5 的控制器向冒口头 ( 特别是冒口头的表面 ) 导入足够的电流以确 保冒口的外表面液体温度。一旦发生凝固,相同或类似的控制回路可以用来确保冒口头 2 在冷却到室温过程 中的温度分布均匀 ( 径向 )。 这也很重要,因为从固相线 ( 约 1400℃ ) 冷却到室温的过程中仍有可能发生热感应裂纹。 因此,导入加热器的控制器可以继续控 制冒口头外表面在冷却过程中的温度 ( 降低它的冷却率 ),从而使本发明可以使用比以往 直径更大的冒口头 2。
     此系统的一个进一步的好处是能够使冒口头保持 “活跃态” 更长时间,从而可 以实现使冒口头进一步注入金属。
     在实施例中,铸造超镍合金的装置得以阐述,其中包括 :带有冒口的模具 ;向 所述冒口中的金属导入涡流电的导电材料。 所述冒口的直径优选大于 150mm,更加优选 大于 300mm,最优选大于 500mm。 所述模具体积优选大于 0.5m3,更加优选大于 0.6m3, 最优选大于 0.7m3。 所述冒口的高度和直径的比优选在 1 ∶ 1 到 5 ∶ 1 的范围内,更加优 选在 1.25 ∶ 1 到 4 ∶ 1 之间。 该套装置优选包括一个用来冷却所述导电材料的冷却系统。 所述冷却系统优选使用气体作为热传递流体来带走所述导电材料的热量。 该套装置优选 包含多元化的冒口。 所述模具优选带有一个用来倒入液体金属的内浇口。 该套装置还优 选带有一个控制器,用来控制导入到所述液体金属的电流并以此来控制所述冒口中金属 的冷却率。 该套装置还优选带有一个传感器来检测所述冒口中的金属温度,所述控制器 根据所述传感器检测的温度来控制所述导电材料导入的电流。 所述传感器优选是测量所 述冒口径向外部的金属温度的。 在实施例中,一套铸造金属的装置,包括 :带有冒口的 模具 ;向所述冒口中的金属导入涡流电的导电材料。 所述冒口的直径优选大于 150mm, 更加优选大于 300mm,最优选状态大于 500mm。 所述模具体积优选大于 0.5m3,更加优 选大于 0.6m3,最优选大于 0.7m3。 所述冒口的高度和直径的比优选在 1 ∶ 1 到 5 ∶ 1 的
     范围内,更加优选在 1.25 ∶ 1 到 4 ∶ 1 之间。 该套装置优选包括一个用来冷却所述导电 材料的冷却系统。 所述冷却系统优选使用流体 ( 液体或气体 ) 作为热传递流体来带走所 述导电材料的热量。 该套设备优选包含多元化的冒口。 所述模具还优选带有一个用来倒 入液体金属的内浇口。 该套装置还优选带有一个控制器,用来控制导入到所述液体金属 的电流并以此来控制所述冒口中金属的冷却率。 该套设备还优选带有一个传感器来检测 所述冒口 中的金属温度,所述控制器根据所述传感器检测的温度来控制所述导电材料导 入的电流。 所述传感器优选是测量所述冒口径向外部的金属温度的。 所述设备优选是用 来制造超级镍合金铸件。
     在实施例中,一套铸造金属的装置,包括 :带有冒口的模具 ;向所述冒口中的 金属导入涡流的导电材料,以及一套用来冷却所述导电材料的冷却系统,所述冷却系统 优选使用液体作为热传递流体来带走所述导电材料的热量,所述液体优选为水或其他液 体。 所述冒口的直径优选大于 150mm,更加优选大于 300mm,最优选大于 500mm。 所 述模具体积优选大于 0.5m3,更加优选大于 0.6m3,最优选大于 0.7m3。 所述冒口的高度和 直径的比优选在 1 ∶ 1 到 5 ∶ 1 的范围内,更加优选在 1.25 ∶ 1 到 4 ∶ 1 之间。 该套设 备优选包含多元化的冒口。 所述模具还优选带有一个用来倒入液体金属的内浇口。 该套 设备还优选带有一个控制器,用来控制导入到所述液体金属的电流并以此来控制所述冒 口中金属的冷却率。 该套装置还优选带有一个传感器来检测所述冒口中的金属温度,所 述控制器根据所述传感器检测的温度来控制所述导电材料导入的电流。 所述传感器优选 是测量所述冒口径向外部的金属温度的。 所述设备优选是用来制造超级镍合金铸件。
     在实施例中,铸造超镍合金的方法包括 :将液体合金倒入模具以使液体合金出 现在所述模具的冒口 ;向所述冒口中的合金导入电流以降低冒口中合金的冷却率。 所述 冒口的直径优选大于 150mm,更加优选大于 300mm,最优选大于 500mm。 优选至少 3 吨 液体合金,更加优选至少 6 吨液体合金注入所述冒口。 所述冒口的高度和直径的比优选 在 1 ∶ 1 到 5 ∶ 1 的范围内,更加优选在 1.25 ∶ 1 到 4 ∶ 1 之间。 进一步的方法优选包 括冷却用来导入的所述电流的导电材料。 所述冷却优选包括使用气体来带走所述导电材 料的热量。 所述冷却优选包括使用液体来带走所述导电材料的热量。 所述的通过冒口倒 入液体合金优选包含通过多元化的冒口浇注液态合金。 所述倒入优选包括通过内浇口倒 入液体金属到所述模具。 进一步的方法优选包括根据所述冒口中的金属温度,控制导入 所述液体金属的电流从而控制所述冒口中电流的冷却率。 优选所述冒口中金属的所述温 度为所述冒口径向外部的金属温度。
     在实施例中,铸造合金的方法包括 :将液体合金倒入模具以使液体合金出现在 所述模具的冒口 ;向所述冒口中的合金导入电流以降低冒口中合金的冷却率,所述冒口 的直径大于 150mm。
     在实施例中,铸造合金的具体方法 :将液体合金倒入模具以使液体合金出现在 所述模具的冒口 ;向所述冒口中的合金导入电流以降低冒口中合金的冷却率 ;然后冷却 用来导入所述电流的这种导电材料。

铸造超镍合金过程中热收缩致裂的缓解方法.pdf_第1页
第1页 / 共11页
铸造超镍合金过程中热收缩致裂的缓解方法.pdf_第2页
第2页 / 共11页
铸造超镍合金过程中热收缩致裂的缓解方法.pdf_第3页
第3页 / 共11页
点击查看更多>>
资源描述

《铸造超镍合金过程中热收缩致裂的缓解方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《铸造超镍合金过程中热收缩致裂的缓解方法.pdf(11页珍藏版)》请在专利查询网上搜索。

1、10申请公布号CN102015159A43申请公布日20110413CN102015159ACN102015159A21申请号200980114535922申请日200904240807614320080425GBB22D21/02200601B22C9/0820060171申请人古德温公开有限公司地址英国斯托克/特伦特河畔72发明人理查德斯坦利古德温斯蒂芬罗伯茨74专利代理机构北京安信方达知识产权代理有限公司11262代理人李冬梅王漪54发明名称铸造超镍合金过程中热收缩致裂的缓解方法57摘要一种铸造超镍合金过程中热收缩致裂的缓解方法,该方法包括将液体合金倒入模具以使液体合金出现在所述模具的冒。

2、口;以及向所述冒口中的合金导入电流以降低冒口中合金的冷却率。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010102586PCT申请的申请数据PCT/GB2009/0010482009042487PCT申请的公布数据WO2009/130472EN2009102951INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书7页附图2页CN102015169A1/1页21铸造超镍合金过程中热收缩致裂的缓解方法,该方法包括将液体合金倒入模具以使液体合金出现在所述模具的冒口;以及向所述冒口中的合金导入电流以降低冒口中合金的冷却率。2在权利要求1的方法中,其中引入电流降低冒口内合金。

3、的温差范围。3权利要求1或2的方法中,其中所述冒口高度和底部直径的比的范围为1251到41,优选范围161至251。4权利要求1,2或3的方法中,所述冒口直径大于150MM,优选大于300MM,更加优选大于500MM。5以上任意一个权利要求的方法中,冒口直径介于400到600MM之间。6以上任意一个权利要求的方法中,任一冒口和成模接触的总表面积介于0125到0295平方米之间。7权利要求1或4的方法中,其中至少3吨液体合金,优选至少6吨液体合金,倒入模具。8以上任意一个权利要求的方法中,其中模具由树脂颗粒物组成。9以上任意一个权利要求的方法中,其中冒口直径比没有引入电流就能使冒口中的合金产生热。

4、致裂的冒口更大。10以上任意一个权利要求的方法中,其中电流沿冒口中合金长度方向导入。11以上任意一个权利要求的方法中,其中导入金属的电流使用范围在200赫兹至450赫兹频率的交流电。12以上任意一个权利要求的方法中,其中导入所述冒口的放射状外层部分的电流强度要高于导入中间部分的电流强度。13以上任意一个权利要求的方法中,其中导入电流为至少200千瓦的交流电。14以上任意一个权利要求的方法中,其中所述导入发生在已达固相线并缓慢冷却到固态的金属中。15以上任意一个权利要求的方法中,其中所述导入发生的过程是不连续的。16以上任意一个权利要求的方法中,其中电流导入绝大部分冒口中的合金。17以上任意一个。

5、权利要求的方法中,进一步包括用来导入所述电流的冷却导电材料。18一种制备由超镍合金制成的产品的方法,包括上述任意权利要求的方法;固相线温度下的铸件冷却;铸件从模具中的移除;以及对铸件的热处理。19一个制造高压汽轮机铸件的方法,包括上述任意一个权利要求的方法。20一个基本由上文所述以及附图描写的方法。权利要求书CN102015159ACN102015169A1/7页3铸造超镍合金过程中热收缩致裂的缓解方法0001本申请是关于一种超镍合金铸造的方法,尤其适用于容易产生裂纹的大型铸件。0002用于制造铸件的装置包括用来定义产品形状的模具和冒口。铸件是通过将熔融金属浇入模具,来获得需要的产品形状,其与。

6、铸锭的不同之处在于,铸锭的形状通常没有那么复杂,并且需要进一步的热化学处理过程来完成最终塑型。熔融金属通常是通过内浇口或冒口注入到模具,冒口球形体积的选择取决于冒口头部即,冒口内的金属要在模具中其它部分的金属之后固化。通常这要求冒口等效球形体积比铸件的等效球形体积大,每个铸件可以用一个以上的冒口。0003冒口或者冒口管是连接在金属铸件沙模上的贮存器,来预防收缩引起的孔洞。流动的金属的密度比固体的小,铸件在冷却的过程中逐渐收缩,将留下空隙,而且通常在固化的最后一步形成。冒口的作用就是防止这个现象产生,它在最容易产生收缩的位置提供熔融金属,这样空洞就会在冒口的金属固化位置上产生,而不是在铸件上面产。

7、生。0004直到现在,生产大型镍合金铸件都是不可能的。这是因为如果使用传统方法来计算大型超镍合金铸件的有效冒口大小,铸件上面就会产生裂纹。0005本发明提供了一种铸造超镍合金过程中热收缩致裂的缓解方法,该方法包括将液体合金倒入模具以使液体合金出现在所述模具的冒口;向所述冒口中的金属导入电流以降低冒口中金属的冷却率。0006通过该方法,就能制造出没有裂纹的大型超镍合金铸件。可以通过两种方法实现,使用的冒口直径小于计算出的有效冒口直径,然后加热冒口中的合金,来确保它不会冷却如下所述,或者是减少冒口内合金的温差范围,因此,尤其是在冒口和铸件的交界处,就不会产生大的热应力。这种情况下,冒口头的直径可以。

8、大于或者小于有效冒口直径,也可以大于引起裂纹发生的直径来确保有足够的活动液体体积。因此,就可以克服制造超镍合金的困难铸钢或者其它传统铸材是不存在这些困难的。0007下面将通过示例对本申请进行描述,示例仅仅参考相应的附图0008图1示意性地说明了根据本申请用于铸造金属的装置;和0009图2是阀体铸件的透视截面图,说明导电材料的位置,用来在冒口的液体金属中引导涡电流的。0010与钢相比,超镍合金含镍大于55的具有非常不同的冒口特征例如,铸造中模具冒口的表征。0011由于镍合金的导热系数很低,其冒口的直径必须限制名义上,镍合金10W/M与钢铁50W/M相比较。0012如果在超镍合金铸件上使用太大直径。

9、的冒口,那么在冒口头下经常都会发现裂纹。这是由于镍合金的低热导性。0013正常的,冒口头的外侧将首先凝固;但是和铸钢件比,其导热性很低,所以等到冒口头的中心固化时,外侧的温度已经低很多。这就意味着,从刚刚固化温度到室说明书CN102015159ACN102015169A2/7页4温,由于冒口中心的金属收缩,建立了相当大的拉张应力。发生的原因是由于冒口头外侧的直径和外面金属的刚性是固定的,但同时,中央的金属仍然在冷却和收缩。这导致了非常强的拉张应力,超出了冒口中央金属的极限拉张应力,因此导致了裂纹。只是,在移走冒口的过程中,是热或冷过程,这些裂纹通常会通过壁厚缺陷来传播。当冒口的基本直径或者冒口。

10、和模具的接触等面积大于大约400MM或者0125M2等面积时,就会产生这样的裂纹。0014由于优良的热传导性,定向凝固所要求的温度梯度是很难控制的。和钢铁相比,镍合金具有较大的凝固范围。0015一个有效冒口的条件为1它不冷却如下描述,2它具有足够的活动液体体积来克服铸件的体积收缩。对于非常大型的超镍合金铸件来说,通常通过收缩计算得出来的所要求的有效冒口是要很大直径的冒口头的。但是,这么大型的冒口头是不可能实现的,原因就向之前描述的那样,它会导致裂纹。有一个可能解决的办法就是提供大量的冒口头,这就增加了复杂性以及浪费,但是除非小的冒口头在铸件之后凝固,这些冒口头也是不能正常发挥作用的。确实,大量。

11、的冒口试图保持铸件充分加热,因此也就要求更大直径的冒口。那么冷却的过程,冒口内的金属比模具内金属提前冷却,冷却时模具内金属收缩也无法得到冒口内液体金属的补充了,所以仍然是个问题。0016本发明直接使用直径为150900MM或者300900MM甚至更大的冒口头。优选的直径范围是400至600MM。冒口头直径比此发明前最大尺寸以及所有使用过的尺寸都大。大直径对于解决大型超镍铸件的收缩是很有必要的在此之前这种大型超镍铸件是不可能实现的。这种铸件的注入重量可以达到3000或者6000公斤,或者甚至超过4000公斤或者12000公斤或达到20000或25000公斤的成品重量。这等同于至少05M3的体积,。

12、优选大于06M3或者07M3,甚至有可能大于14M3。这些冒口可能足够小,可以防止热收缩引起的裂纹,但又足够大,可以应付大型超镍合金铸件的高热收缩率。这种情况下,导入的电流可以长时间保持冒口内的金属处于液体状态,防止冷却。但是,在某些情况下,冒口尺寸可能大于收缩致裂的尺寸但是还不到有效冒口的大小,详见如下。0017为了保持冒口头的合金尽可能长期的处于液体状态,将要使用导电材料,向冒口内的液体金属导入涡电流,这样就能降低冒口内液体金属的冷却速度,尤其是在冒口的放射状外部部分。也就是说,导入冒口放射状的外部电流强度是高于导入冒口中央的电流强度的。0018甚至在固化后,继续向冒口头的金属导入电流。向。

13、液体金属中导入电流的同时也可以进行。大于临界直径,热收缩致裂就会发生,如果使用的冒口头,其直径大于临界直径,那么就有必要向冒口头的固体金属导入电流。0019接下来将要描述,如何通过导入热量来控制150至900MM的冒口头,避免高于30镍含量的超镍合金产生裂纹。0020随着铸件凝固,液体金属将从冒口头处流向铸件,减少铸件本身的收缩。通过导热铸件上的主要冒口,可以保持更长的熔融状态。不需要对次冒口进行这种处理。0021通过保持冒口头内更长时间处于液体状态,尤其可以应用到超镍合金上,而且不仅限于这种材料。具有以下的有益效果0022避免不必要的使用大直径全接触的冒口,它会引起裂纹。说明书CN10201。

14、5159ACN102015169A3/7页50023当截面厚度大于能使用的正常最大直径的冒口时,仍然能够生产大型0024超镍合金铸件0025附加地或可选择地,通过降低冒口内合金水平面上的温差,有可能使用同有效冒口一样大小的冒口头,就能制造大型的超镍合金。如果不降低温差,就会导致热收缩裂纹。0026有一些试图保持冒口热度的传统方法。第一种是环绕冒口的末端放置隔热材料,减少热损耗并更长时间的保持冒口“活跃态”。通常的形式是保温砖或者预制套筒。浇铸之后,保温能力还会加到冒口的上部,以预防热损耗。第二种办法被称为发热法。同样的,用套筒装上金属氧化物,在接触到浇铸中的熔融金属时,就会产生发热反应带来更多。

15、的热量,从而延长凝固的时间。还有粉末,也能够带来同样的效果,从轻微到高能量的发热反应。使用隔热材料或者“发热法”的目的是为了让冒口内的金属比铸件内金属更长时间的维持在液体状态。这是因为除非冒口头内是液体,它是没有办法来弥补铸件金属由于热收缩而留下的空隙的。从液体到固体的过程以及从固相线温度降到室温的过程都会发生热收缩。所有的现有控制热损失的体系,都限制了冒口头的效率。因为除非冒口足够大,冒口头将会比铸件或者铸锭先开始凝固。很有典型的就是冒口头内的主要和次要缩管,以及传统冒口上的下降“U”型。这些管和“U”型都说明了冒口只是从中心部位提供流动金属给固化中的铸件,而冒口的外部已经冷却了。这些方法无。

16、法提供足够的能量来应付大型超镍合金所要求的大冒口。0027感应加热是通过电磁感应,对金属物体进行非接触式加热,这时金属内产生感应的涡电流以及电阻会导致金属物加热。感应加热器由导电材料组成,例如线圈形状,传送中频率或高频率的交流电AC。以前也应用过冒口的感应加热来提高其它金属铸件的成品率,尤其是小批量生产的钢铸件和其它低熔点金属。但是,这些金属的传导率是超镍合金的5倍,所以它们不会有热开裂的问题。设计这些方法是为了减小冒口直径,来得到高效率。所以说,这些方法使用的冒口,其直径是小于其有效冒口的。0028针对冒口的大小以及所要求的渗透涡电流量,优选的频率范围为200至450HZ,最优选的为2003。

17、50HZ。典型交流电电量至少为200KW。0029对于镍含量30和95的合金来说,非常适合使用冒口头的感应加热。镍铬铁、镍钼、镍铬钼以及含有其他成分的合金是比较典型的。0030本发明特别适用于一次性模具,例如沙模,它是使用的树脂颗粒来做的模型。沙模的颗粒物质可以是沙、锆石、熔融石英、陶瓷球,或者亚铬酸盐,或是任何它们的组合。以生产电站用高压汽轮机铸件所使用的方法为例。对于最先进的超超临界汽轮机来说,铸件的运行温度高于700,这就要求使用超镍合金,比如说因康镍合金INCONEL625。这些汽轮机铸件形成了高压外壳。但是,超镍合金的焊接是很难操作的由于此材料的低热传导率,导致焊接会引起裂纹。但是,。

18、由于这些铸件大小为1112吨,不使用本发明的办法,是很难浇铸的。0031冒口头使用感应加热可以让冒口头直径比通常给定大小的铸件要求小。通过缩短冒口直径和/或控制冒口头外部金属的冷却率,可以避免热收缩引起的开裂。在后一种情况,随着冒口内金属冷却,使用感应加热来降低冒口厚度的温度分布。也就是说,冒口内的金属温差幅度水平面上减少了。例如,冒口头外部有电流导入,放慢了降说明书CN102015159ACN102015169A4/7页6温速度,这样它的温度就更加接近冒口头内部的温度。这降低热收缩效果带来的了冒口头内的热应变,也降低了热开裂的可能性。因此,对于大型铸件使用足够大直径的冒口就是可行的了。本发明。

19、的冒口头的直径尺寸显示如下。0032冒口直径范围从150MM到900MM,优选300900MM,更0033加优选500900MM。优选的范围为4000034600MM。冒口直径大于900MM也是可以0035的,尤其是通过控制降温来达到冒口头内的0036低热梯度。此时,冒口的横截面就等同于上0037述范围的环形冒口管的横截面。0038冒口高度和冒口底直径的比例HD比例为0039冒口高度范围11至51,优选为1251至41,更加优选0040为161至2510041等量冒口和模具接触01250295M2400600MM等量直径0042面积范围0043为了能够向冒口头的金属导入电流,需要提供导电材料。。

20、优选的导电材料是感应电圈。0044感应电圈应该植入沙模中,优选在成模过程中使用。当用传统方式浇铸完铸件,使用电源组5将电流通过导电材料导入。或者,将独立的附加的感应电圈绕在冒口头上并导入电流。0045然后使用感应线圈来控制冒口头的固化,延长其固化时间,并提升冒口金属的效用。这使得大型铸件在冒口之前固化,如果没有感应加热的话,那么大型铸件就会先固化。它还可以在固相线温度降到室温的过程中或者只是从液体变为固相降低冷却率。0046电流沿着冒口内金属的长度放向被导入否则,在电流未导入的地方,就有热开裂的危险。0047铸件逐渐降温到固相线温度以下例如降到可以安全处理铸件的温度,将铸件从模具中取出。然后再。

21、进行铸件的热处理,例如放入炉中。热处理的温度可能会在超过1200下进行。0048该装置和方法具有如下的优点0049减少了冒口直径的热限制,能够制造大型超镍合金铸件。否则,此大小的铸件无法实现。0050需要较少的能源。0051由于减小直径,可以更快的去除冒口。0052降低冒口径向直径上的冷却梯度。0053图1是铸件1的示意图。用于制造铸件1的装置包括一个模具,它决定了铸件1的外形。模具上有一个冒口。液体金属沿着冒口上的内浇口6倒入。金属一直倒入,直到快要到冒口的顶部。在固化的过程中,铸件1产生收缩,在液压下,液体金属会从冒口2流向铸件方向,以便使铸件尽可能的保持其想要的形状,没有因热收缩而引起的。

22、缩孔。如图2所示,模具最好包含内浇口6,这样可以向模具提供液体金属。内浇口6说明书CN102015159ACN102015169A5/7页7是一条管子,从冒口的顶端到模具的底端,所以液体金属可以从底端填满模具。金属薄板或者类似的东西可以放在模具的底端,这样就可以使液体金属变冷,然后远离冒口头2的模具底端先开始固化。0054模具还包括了导电材料3。在图1有说明这是结构中唯一在图1解释的部位。在优选实施例中,导电材料3,就是向冒口即,组成冒口头的液体金属的液体金属导入任何电流,最好就是线圈形状。但是,其他形状也可能适合。0055导电材料可以埋入模具材料中。例如,如果模具为沙模,那么在沙漠在成型时,。

23、可以将导电材料放入沙中。或者,可以将导电材料环绕在耐火材料上,这样就不用埋入模具中。0056超镍合金铸件的热传导很低,所以需要很长的时间来凝固。这就给模具带来了特殊的挑战。特别是,模具的耐火材料可能变得非常热。确实,可以用导电材料3来引导涡电流到冒口的液体金属中,来达到它自己的金属点。出于这个目的,需要提供冷却系统4来冷却使用中的导电材料。一个办法就是使热传递流体流过,环绕或者靠近导电材料3。这样做的一个办法就是以管道的形式提供导电材料3,然后让冷却流体液体或气体通过这个管道。有些感应电炉使用空的感应线圈,液体通常是水通过其中。但是,本发明优选使用冷却气体,而不是水。这是因为如果线圈融化了,但。

24、仍然有熔融金属在模具中,就有熔融金属遇水导致爆炸的危险。气体是一种更合适的冷却剂。所以我们优选使用气体作为热传递流体,来带走导电材料的热量。这种冷却气体可以是惰性单一气体,比如说氮气或者氩气,或者是混合气体比如空气或者冷冻机气体。0057冷却系统4中,冷热传递流体被打入到模具的导电材料一端。随着穿过导电材料,热传递流体加热。在导电材料的另一端,当温度高于第一次接触导电材料时,就移走此热传递流体。然后可以处理掉热传递流体或者重新利用,在后种情况下,热传递流体需要先冷却,再被重新打入通过、环绕或者靠近导电材料进行它的冷却工作。0058很多种冷却体系都是可行的。例如,冷却流体不必穿过所有的导电材料。。

25、例如,导电材料可以分为几条长度,每个部分都是独立的冷却体系。0059在实施例中,线圈可以用高温熔点的金属来制作,这样可以增加线圈的安全性和强度。0060下面将详细解释铸件是如何生产的。0061传统方法是,当铸件浇铸时,感应线圈模压围绕在冒口头上。冒口边的径向距离为10至300MM,优选为40至10MM,最优选为75MM。0062然后,使用感应线圈3来控制冒口头的凝固,这样就可以使冒口的凝固时间加长并提高冒口金属的效率。当冒口头部位小于它在补充的铸件部分时,它就会先冷却,不能成功完成此工作。0063首先,设计模具和冒口。计算有效冒口直径。如果大于此直径,就会产生裂纹。然后决定是让直径小一些或者维。

26、持这个大小,或者更大。如果有效冒口尺寸是会引起裂纹的大小,那么就需要使用到本发明。模具准备好之后例如沙模,液体金属可以通过内浇口被浇铸到冒口,这样液体合金就出现在模具的冒口内。0064A立即或者第一步,大约,浇铸后的10分钟,感应线圈3还没能释放能量,但是它有冷却剂气体或者液体不停的循环以防止感应线圈融化。说明书CN102015159ACN102015169A6/7页80065B立即或者第一步之后,大约10分钟,感应线圈和局部感应熔化炉电源组5释放能量,处于线圈3内的冒口温度保持着融化,直到铸件的最终浇铸形状凝固。0066随着时间过去,可以断开感应,但是冷却剂必须持续通过线圈一段时间几个小时,。

27、直到辐射热和传导热不会融化掉线圈为止。0067冒口内合金达到了固相线,仍然有必要继续降低冒口的水平面温度分布,以避免继续冷却引起的裂纹。因此,还是有必要向冒口的固体合金导入电流,来降低冷却率。电流导入可以降低冒口内合金的温差幅度。在这一个阶段正如之前的阶段,导入电流可能不是持续性的交流电可能打开或者关上以及/或者交流电电源可能降低。0068因此,可以生产出一个完好的铸件。0069可以从图2看出,铸件可以有1个以上的冒口头2以及内浇口6。可以看出,冒口头的尺寸刚好,所以冒口头在铸件之后凝固。本发明可以最大化利用小的冒口头,因为控制了凝固,铸件在冒口可以冷冻之前就几乎完成了凝固。也就是说,因为可以。

28、控制冒口头的固化,冒口内管道冒口外面首先固化,冒口中心的液体金属顺流而下过程中在冒口头中间产生一个空洞可以避免出现。这是通过使冒口头外面比没有感应加热时保持更长时间的液态来实现的。这会导致一个圆柱形无冒口管的扁平冒口头。0070通过使用感应加热,我们可以得到一个扁平的冒口头,或者是一个直径更大的、没有热感应裂纹的冒口头。热电偶7可以提供冒口头表面温度的信息,此信息可作为反馈或前馈使电源组5的控制器向冒口头特别是冒口头的表面导入足够的电流以确保冒口的外表面液体温度。一旦发生凝固,相同或类似的控制回路可以用来确保冒口头2在冷却到室温过程中的温度分布均匀径向。这也很重要,因为从固相线约1400冷却到。

29、室温的过程中仍有可能发生热感应裂纹。因此,导入加热器的控制器可以继续控制冒口头外表面在冷却过程中的温度降低它的冷却率,从而使本发明可以使用比以往直径更大的冒口头2。0071此系统的一个进一步的好处是能够使冒口头保持“活跃态”更长时间,从而可以实现使冒口头进一步注入金属。0072在实施例中,铸造超镍合金的装置得以阐述,其中包括带有冒口的模具;向所述冒口中的金属导入涡流电的导电材料。所述冒口的直径优选大于150MM,更加优选大于300MM,最优选大于500MM。所述模具体积优选大于05M3,更加优选大于06M3,最优选大于07M3。所述冒口的高度和直径的比优选在11到51的范围内,更加优选在125。

30、1到41之间。该套装置优选包括一个用来冷却所述导电材料的冷却系统。所述冷却系统优选使用气体作为热传递流体来带走所述导电材料的热量。该套装置优选包含多元化的冒口。所述模具优选带有一个用来倒入液体金属的内浇口。该套装置还优选带有一个控制器,用来控制导入到所述液体金属的电流并以此来控制所述冒口中金属的冷却率。该套装置还优选带有一个传感器来检测所述冒口中的金属温度,所述控制器根据所述传感器检测的温度来控制所述导电材料导入的电流。所述传感器优选是测量所述冒口径向外部的金属温度的。在实施例中,一套铸造金属的装置,包括带有冒口的模具;向所述冒口中的金属导入涡流电的导电材料。所述冒口的直径优选大于150MM,。

31、更加优选大于300MM,最优选状态大于500MM。所述模具体积优选大于05M3,更加优选大于06M3,最优选大于07M3。所述冒口的高度和直径的比优选在11到51的说明书CN102015159ACN102015169A7/7页9范围内,更加优选在1251到41之间。该套装置优选包括一个用来冷却所述导电材料的冷却系统。所述冷却系统优选使用流体液体或气体作为热传递流体来带走所述导电材料的热量。该套设备优选包含多元化的冒口。所述模具还优选带有一个用来倒入液体金属的内浇口。该套装置还优选带有一个控制器,用来控制导入到所述液体金属的电流并以此来控制所述冒口中金属的冷却率。该套设备还优选带有一个传感器来检。

32、测所述冒口中的金属温度,所述控制器根据所述传感器检测的温度来控制所述导电材料导入的电流。所述传感器优选是测量所述冒口径向外部的金属温度的。所述设备优选是用来制造超级镍合金铸件。0073在实施例中,一套铸造金属的装置,包括带有冒口的模具;向所述冒口中的金属导入涡流的导电材料,以及一套用来冷却所述导电材料的冷却系统,所述冷却系统优选使用液体作为热传递流体来带走所述导电材料的热量,所述液体优选为水或其他液体。所述冒口的直径优选大于150MM,更加优选大于300MM,最优选大于500MM。所述模具体积优选大于05M3,更加优选大于06M3,最优选大于07M3。所述冒口的高度和直径的比优选在11到51的。

33、范围内,更加优选在1251到41之间。该套设备优选包含多元化的冒口。所述模具还优选带有一个用来倒入液体金属的内浇口。该套设备还优选带有一个控制器,用来控制导入到所述液体金属的电流并以此来控制所述冒口中金属的冷却率。该套装置还优选带有一个传感器来检测所述冒口中的金属温度,所述控制器根据所述传感器检测的温度来控制所述导电材料导入的电流。所述传感器优选是测量所述冒口径向外部的金属温度的。所述设备优选是用来制造超级镍合金铸件。0074在实施例中,铸造超镍合金的方法包括将液体合金倒入模具以使液体合金出现在所述模具的冒口;向所述冒口中的合金导入电流以降低冒口中合金的冷却率。所述冒口的直径优选大于150MM。

34、,更加优选大于300MM,最优选大于500MM。优选至少3吨液体合金,更加优选至少6吨液体合金注入所述冒口。所述冒口的高度和直径的比优选在11到51的范围内,更加优选在1251到41之间。进一步的方法优选包括冷却用来导入的所述电流的导电材料。所述冷却优选包括使用气体来带走所述导电材料的热量。所述冷却优选包括使用液体来带走所述导电材料的热量。所述的通过冒口倒入液体合金优选包含通过多元化的冒口浇注液态合金。所述倒入优选包括通过内浇口倒入液体金属到所述模具。进一步的方法优选包括根据所述冒口中的金属温度,控制导入所述液体金属的电流从而控制所述冒口中电流的冷却率。优选所述冒口中金属的所述温度为所述冒口径向外部的金属温度。0075在实施例中,铸造合金的方法包括将液体合金倒入模具以使液体合金出现在所述模具的冒口;向所述冒口中的合金导入电流以降低冒口中合金的冷却率,所述冒口的直径大于150MM。0076在实施例中,铸造合金的具体方法将液体合金倒入模具以使液体合金出现在所述模具的冒口;向所述冒口中的合金导入电流以降低冒口中合金的冷却率;然后冷却用来导入所述电流的这种导电材料。说明书CN102015159ACN102015169A1/2页10图1说明书附图CN102015159ACN102015169A2/2页11图2说明书附图CN102015159A。

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 作业;运输 > 铸造;粉末冶金


copyright@ 2017-2020 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备2021068784号-1