阅读说明：本技术 一种铸模及用于铝锂合金铸锭制造的超声波铸造装置 (Casting mold and ultrasonic casting device for manufacturing aluminum-lithium alloy cast ingot ) 是由 蒋日鹏 李晓谦 胡雨琪 谢子明 张立华 刘峙麟 李瑞卿 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种铸模及用于铝锂合金铸锭制造的超声波铸造装置,涉及金属熔炼技术领域,还包括熔炼炉、铸造设备和超声波振动系统,熔炼炉包括炉体和设置在炉体顶部的炉盖,炉体上设置有进气口和真空抽气口,炉盖上设置有第一开口和第二开口,铸造设备包括熔炼设备和铸模,熔炼设备包括电阻加热炉和坩埚,坩埚位于电阻加热炉内,电阻加热炉上设置有转轴,转轴两端转动连接于炉体两侧内壁上,超声波振动系统包括超声换能器、变幅杆和辐射杆,辐射杆能够插入第一开口或第二开口中。铸模包括两个半圆筒体和铰链,两个半圆筒体结构相同,两个半圆筒体具有底部的一端分别固定于铰链的两侧,两个半圆筒体能够拼成一个完整筒体。本发明方便取出铸造成品。(The invention discloses a casting mold and an ultrasonic casting device for manufacturing aluminum-lithium alloy cast ingots, and relates to the technical field of metal smelting, and the ultrasonic casting device also comprises a smelting furnace, casting equipment and an ultrasonic vibration system, wherein the smelting furnace comprises a furnace body and a furnace cover arranged at the top of the furnace body, the furnace body is provided with an air inlet and a vacuum extraction opening, the furnace cover is provided with a first opening and a second opening, the casting equipment comprises the smelting equipment and the casting mold, the smelting equipment comprises a resistance heating furnace and a crucible, the crucible is positioned in the resistance heating furnace, the resistance heating furnace is provided with a rotating shaft, two ends of the rotating shaft are rotatably connected to the inner walls of two sides of the furnace body, the ultrasonic vibration system comprises an ultrasonic transducer, an amplitude transformer and a radiation rod. The casting mould includes two semi-cylinders and hinge, and two semi-cylinder structures are the same, and two semi-cylinders have the one end of bottom and be fixed in the both sides of hinge respectively, and two semi-cylinders can piece together a complete barrel. The invention is convenient for taking out the cast finished product.)

一种铸模及用于铝锂合金铸锭制造的超声波铸造装置

技术领域

本发明涉及金属熔炼技术领域，特别是涉及一种铸模及用于铝锂合金铸锭制造的超声波铸造装置。

背景技术

锻造铝合金主要在具有空气气氛的情况下，燃料燃烧的反射炉中熔炼生产。将熔剂添加到熔体中能够减少大气氧化。合金熔体通常在较大容量的保温炉中保持在合适的温度下，熔化、除气和过滤等操作。最后，熔体经过冷却、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高活泼特使得铸造技术需要特定方向的改进。

金属锂与任何其他活性金属一样，锂也可以在工业规模的氩/氦气覆盖下进行熔化。通过在填充有高纯度氩气或氦气的电阻熔化炉中熔化，生产出优质铝锂合金锭。在石墨坩埚中熔化超纯铝，并在氩气保护下将蒸馏的锂浸入其中。在快速氩气流下将合金倒入铸铁模具中。

但是对于实现高强度，延展性，韧性，疲劳寿命和重要性疲劳裂纹扩展阻力。还需要进一步的精细铸造晶粒尺寸。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。铝是少数几种金属中少量添加一种或多种元素的金属之一，包括硼，铌，钽，钛，锆，钒，钼，钨，铪和铬，在铸造过程中引起晶粒细化而基本不影响属性。最常用的是TiBAl中间合金中钛和硼的组合。但是在添加变质剂的过程中，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。

现有的工艺装备条件难以在真空环境下对铸模中的熔体施加超声外场，而由于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。

因此，市场上急需一种新型铸造装置，用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种铸模及用于铝锂合金铸锭制造的超声波铸造装置，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，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，并且方便从铸模内取出成品。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种铸模，包括两个半圆筒体和铰链，两个所述半圆筒体结构相同，两个所述半圆筒体具有底部的一端分别固定于所述铰链的两侧，两个所述半圆筒体能够拼成一个完整筒体。

优选地，所述半圆筒体具有气体通道，两个所述半圆筒体内的所述气体通道相连通，两个所述气体通道上分别具有进气管和出气管，所述进气管和所述出气管第一端位于所述气体通道内，所述进气管和所述出气管第二端位于所述半圆筒体外。

优选地，还包括多个发热陶瓷，多个所述发热陶瓷固定于所述气体通道内。

本发明还公开了一种包括上述铸模的用于铝锂合金铸锭制造的超声波铸造装置，还包括熔炼炉、铸造设备和超声波振动系统；

所述熔炼炉包括炉体和设置在炉体顶部的炉盖；所述炉体上设置有进气口和真空抽气口；所述炉盖上设置有第一开口和第二开口；

所述铸造设备位于所述炉体内部，所述铸造设备包括熔炼设备和铸模，所述熔炼设备包括电阻加热炉和坩埚，所述坩埚位于所述电阻加热炉内，所述坩埚位于所述第一开口的正下方；所述铸模位于所述熔炼设备的侧下方并且位于所述第二开口的正下方；所述电阻加热炉上设置有转轴，所述转轴的两端转动连接于所述炉体的两侧内壁上；

所述超声波振动系统包括超声换能器、变幅杆和辐射杆；所述辐射杆能够***所述第一开口或所述第二开口中。

优选地，还包括支架，所述支架位于所述炉体内，所述铸模位于所述支架的上表面，所述支架的上表面倾斜。

优选地，所述炉体和所述电阻加热炉的侧壁上均具有水流通道，所述水流通道还具有进水口和出水口。

优选地，还包括压力传感器，所述压力传感器固定于所述炉体的内壁上。

优选地，还包括温度传感器，所述温度传感器固定于所述电阻加热炉内。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明中的铸模通过铰链连接，当需要取出成品时，只需要掰开两边的半圆筒体即可，方便取出成品。

本发明提供的装置增加了超声波振动系统用于辅助铸造，在真空及保护气体环境条件下，利用超声波的空化效应与声流效应，以物理的方法最大程度降低铝锂合金中的氢含量，以物理场调控冶金的方式细化凝固组织，减少结晶相的偏聚，实现高品质铝锂合金铸锭的制备；此外，本发明提供的装置将熔炼和铸造综合在同一熔炼炉中，且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，炉腔内保护气体和真空环境可以随时切换，从而增加了整个工艺链的可拓展性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例用于铝锂合金铸锭制造的超声波铸造装置结构示意图；

图2为本实施例铸模结构示意图；

图中：1-坩埚；2-炉盖；3-辐射杆；4-铸模；5-炉体；6-进气口；7-支架；8-发热陶瓷；9-进气管；10-内壳体；11-外壳体；12-出气管；13-铰链。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种铸模及用于铝锂合金铸锭制造的超声波铸造装置，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，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，并且方便从铸模内取出成品。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图2所示本实施例提供了一种铸模，包括两个半圆筒体和铰链。两个半圆筒体结构相同，半圆筒体的材质使用45钢。两个半圆筒体具有底部的一端分别固定于铰链13的两侧，通过铰链13的设置实现两个半圆筒体的转动连接。两个半圆筒体能够拼成一个完整筒体，在完整的筒体内进行浇注、成型的过程。

使用时，将两个半圆筒体拼成一个完整筒体，可以使用钢丝或固定架使其保持相对固定，然后将熔体倒入完整筒体内进行浇注等操作，最后成型完毕后，只需要将两个半圆筒体掰开，即可取出完整的成品。

为了能够对半圆筒体内的熔体进行冷却作用，本实施例中，半圆筒体具有气体通道，半圆筒体包括外壳体11和内壳体10，内壳体10固定于外壳体11内部，气体通道位于壳体与外壳体11之间。两个半圆筒体内的气体通道相连通，两个气体通道上分别具有进气管9和出气管12，进气管9和出气管12第一端位于气体通道内，进气管9和出气管12第二端位于半圆筒体外。当需要冷却内壳体10内的温度时，向进气管9充气冷气，冷却通过气体通道后再由出气管12流出，并且带走铸锭凝固时释放出来的热量。

进一步的，本实施例中还包括多个发热陶瓷8，多个发热陶瓷8固定于气体通道内。发热陶瓷8的作用是对内壳体10进行加热作用。

本实施例还提供了一种包括上述铸模4的用于铝锂合金铸锭制造的超声波铸造装置，还包括熔炼炉、铸造设备和超声波振动系统。

熔炼炉包括炉体5和设置在炉体5顶部的炉盖2，炉体5和炉盖2为可拆卸连接。炉体5上设置有进气口6和真空抽气口，进气口6和真空抽气口优选设置在熔炼炉炉体5侧面底部，使用时将与真空抽气口相连接，进气口6的作用是将氩气冲入炉体5内，从而增强炉体5内气体压力值，真空抽气口的作用是将炉体5内的气体抽出，从而降低炉体5内的气体压力值。炉盖2上设置有第一开口和第二开口，第一开口和第二开口上设有盖子，使用时只能允许超声波振动系统伸入，不使用时将盖子关闭即可。

铸造设备位于炉体5内部，铸造设备包括熔炼设备和铸模4。熔炼设备包括电阻加热炉和坩埚1，坩埚1位于电阻加热炉内，电阻加热炉的作用是对内部的坩埚1进行加热作用。坩埚1位于第一开口的正下方，铸模4位于熔炼设备的侧下方并且位于第二开口的正下方。电阻加热炉上设置有转轴，转轴的两端转动连接于炉体5的两侧内壁上，通过控制转轴的转动可以调整坩埚1的倾斜角度。

超声波振动系统包括超声换能器、变幅杆和辐射杆3，超声波振动系统使用市场上可以购买到的即可。辐射杆3能够***第一开口或第二开口中。超声换能器与超声波电源连接产生超声振动，变幅杆放大振幅，辐射杆3则与作用对象直接接触发射超声波；超声波振动系统具体为压电式驱动系统；本发明优选设置两套超声波振动系统，分别为坩埚1超声波振动系统和铸模4超声波振动系统，应用时，两套超声波振动系统的辐射杆3分别自第一开口和第二开口中***，从而对坩埚1和铸模4的熔体施加超声。本发明对超声波振动系统的具体结构没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的即可。

使用时，向坩埚1中进行第一次加料，然后将熔炼炉封闭，电阻加热炉对坩埚1内铸锭进行熔炼，电阻加热炉开始工作，加热到750℃电阻炉进行保温，得到熔体，第一次加料加入的为纯Al、Cu中间合金等金属铸锭。向坩埚1中进行第二次加料，对熔炼炉抽真空，压强降低到5pa以下的压力值时，在真空条件下对熔体进行第一精炼，得到第一精炼熔体，第二次加料加入的为Al-Zr、Al-Mn等中间合金。向熔炼炉内充入氩气，压强升高到0.1Mpa压力值时进入保压状态，在保压状态下向坩埚1内进行第三次加料并在熔体表面施加覆盖剂，然后对熔炼炉抽真空，压强降低到5pa以下的压力值时进行第二精炼，得到第二精炼熔体，第三次加料加入的为Al-Li、Al-Mg中间合金。向熔炼炉内冲入氩气，炉体5内的压强升高到0.1Mpa压力值时进入保压状态，在保压状态下对第二精炼熔体进行除气、扒渣和静置处理，然后向坩埚1内的熔体中施加超声波振动系统进行超声处理，辐射杆3没入溶体液面下50mm，保持20分钟，预加热铸模4至300℃，超声处理完成后，将坩埚1内的超声波振动系统移除。将坩埚1内熔体浇注到预热的铸模4中，然后对铸模4中的熔体施加超声波振动系统进行超声处理，辐射杆3没入溶体液面下80mm，温度降到500℃以下从熔体中撤出超声铸造设备。最后将铸模4冷却至室温后脱模，得到铝锂合金。将两个半圆筒体掰开即可轻松得到完整的成品。

为了方便铸模4的固定，本实施例中还包括支架7，支架7位于炉体5内，铸模4位于支架7的上表面，支架7的上表面倾斜，这样设置方便坩埚1的浇注。

为了对炉体5和电阻加热炉进行降温，本实施例中炉体5和电阻加热炉的侧壁上均具有水流通道，水流通道还具有进水口和出水口。通过水循环冷却系统实现炉体5和电阻加热炉的降温效果。

为了实时检测炉体5内的压力值，本实施例中还包括压力传感器，压力传感器固定于炉体5的内壁上。

同理的，为了检测电阻加热炉内的温度，避免温度过高或过低，本实施例中还包括温度传感器，温度传感器固定于电阻加热炉内。通过温度传感器实时检测电阻加热炉内的温度，可以保证实验的成功。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。