本发明涉及一种大尺寸镁合金铸锭浇注系统及方法，用于制备大尺寸高品质镁合金铸锭。
背景技术：
作为目前最轻的金属结构材料，镁合金具有比强度高、减震性能好、散热快等很多优点，使其在航空航天、汽车、兵器等许多领域都具有广泛的应用前景。随着上述领域的不断发展，对镁合金材料的性能和尺寸规格都提出了更高的要求。在实际的工业化生产中，对于传统的AZ80、ZK60等镁合金，在直径达到Φ500～600mm的大尺寸锭坯铸造过程中，由于铸锭内外冷却速率相差大、凝固时间长，容易产生严重的成分偏析或者发生锭坯心部开裂现象。而对于高强耐热但塑性相对偏低的EW75、WE83、WE91等高稀土含量的镁合金，其熔炼、浇铸温度相对更高，热导率更低，凝固收缩又非常大，锭坯铸造过程中冷却强度小，凝固时间长，成分偏析严重；冷却强度大，凝固收缩不均匀，将产生非常大的残余内应力，容易引起锭坯心部开裂。采用半连续铸造方式，可以改善铸锭偏析、开裂的情况，但对于直径大于500mm的镁合金铸锭，尤其是大尺寸的稀土镁合金铸锭，半连续铸造方式同样难以解决铸锭在凝固过程中内外温差大、偏析严重甚至开裂的问题，还普遍存在铸锭表面冷隔深，造成后续切削加工量大，熔铸环节成本高、收得率低。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种大尺寸镁合金铸锭浇注系统，用于制备大尺寸高品质镁合金铸锭。本发明的另一目的在于提供一种采用所述大尺寸镁合金铸锭浇注系统制备镁合金铸锭的方法。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种大尺寸镁合金铸锭浇注系统，包括：模座、下模、上模、锥形斜顶、浇注漏斗、排气管、伞形斜面；模座放置在可上下移动的冷却平台上，模座上部预留圆形凸台，凸台与下模之间紧密配合，上模与下模通过卡槽连接；锥形斜顶通过卡槽与上模上部相连，锥形斜顶具有一预留孔，浇注漏斗的下端置于该预留孔内并向下延伸至下模底部；排气管贯穿浇注漏斗并露出浇注漏斗的下端；伞形斜面位于排气管下方，顶部有孔，其底部分别延伸至靠近模具内壁处；排气管的下端与该孔外周焊接，使排气管与该孔连通。其中，所述浇注漏斗的上部有支撑杆固定，其下部由定位杆定位。所述排气管的上端固定在上下位置可调的支架上。所述下模和上模的内部的径向尺寸为500-1000mm。所述伞形斜面底部边缘距离模具内壁的距离为10mm。采用所述大尺寸镁合金铸锭浇注系统制备镁合金铸锭的方法为：将按照合金成分配料熔炼、过滤后的镁合金熔体转移到浇注漏斗中，通过调整模座下部冷却平台的下降速度，与模具中熔体液面的上升速度保持同步，始终保证输液泵的出口和浇注漏斗的下端口没入镁合金熔体液面以下；浇注完毕后，采用燃气加热的方式，将与上模相连的锥形斜顶快速加热至600℃以上，并保温30min以上，随后用保温棉覆盖钢制锥形斜顶，保证模具内镁合金熔体上部最后凝固，使铸锭凝固过程中充分补缩。在本发明的镁合金铸锭浇注系统中，所有的部件均采用耐热钢或不锈钢制作而成。本发明的优点在于：采用本发明的镁合金铸锭浇注系统制备镁合金铸锭，生产过程中金属氧化和烧损小，并且易于控制生产工艺，表面机加工量少，成品率高，操作简单，易于实现，特别适合目前不同成分的大尺寸镁合金铸锭的生产。采用本发明的镁合金铸锭浇注系统所制备的大尺寸镁合金铸锭杂质含量少，疏松孔洞等缺陷少，组织成分均匀，表面质量好。附图说明图1为本发明大尺寸镁合金铸锭浇铸系统的结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本发明进行进一步详细说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。如图1所示，本发明的大尺寸镁合金铸锭浇注系统包括：模座1、下模2、上模3、锥形斜顶4、浇注漏斗5、排气管6、伞形斜面7；模座1放置在可上下移动的冷却平台上，模座1上部预留圆形凸台，凸台与下模2之间紧密配合，上模3与下模2通过卡槽连接；锥形斜顶4通过卡槽与上模3上部相连，锥形斜顶4具有一预留孔，浇注漏斗5的下端置于该预留孔内并向下延伸至下模底部；排气管6贯穿浇注漏斗5并露出浇注漏斗的下端；伞形斜面位于排气管下方，顶部有孔，其底部分别延伸至靠近模具内壁处；排气管的下端与该孔外周焊接，使排气管与该孔连通。其中，浇注漏斗5的上部有支撑杆9固定，其下部由定位杆8定位。排气管6的上端固定在上下位置可调的支架上。在本发明的镁合金铸锭浇注系统中，所有的部件均采用耐热钢或不锈钢制作而成。本发明的使用方法具体如下：将按照合金成分配料熔炼、过滤后的镁合金熔体用输液泵转移到模具上方的浇注漏斗中，并通过调整输液泵中镁合金熔体的流速，在保证漏斗中有足够的熔体，使输液泵的出口一直浸在漏斗中熔体液面以下的同时，尽快使浇注漏斗的下端口也没入镁合金熔体液面以下，避免浇注过程中卷气或因为熔体燃烧而产生氧化夹杂。通过调整模座下部冷却平台的下降速度，与模具中熔体液面的上升速度保持同步，始终保证输液泵的出口和浇注漏斗的下端口没入镁合金熔体液面以下。与伞形斜面顶端相连的排气管可以将伞形钢制斜面与液面之间的空气排出，浇注漏斗的下端钢管外对称连接的定位杆可以保证伞形钢制斜面位于模具中部，保证镁合金熔体通过伞形钢制斜面均匀地从模具内壁处流向模具中部，使模具内镁合金熔体温度保持均匀，减小铸锭边部和芯部凝固过程中的温度差，使铸锭不同部位的组织成分更加均匀。浇注完毕后，采用燃气加热的方式，将与上模相连的钢制锥形斜顶快速加热至600℃以上，并保温30min以上，随后用保温棉覆盖钢制锥形斜顶，保证模具内镁合金熔体上部最后凝固，使铸锭凝固过程中充分补缩，避免铸锭内存在疏松、孔洞等缺陷，保证铸锭上下组织成分均匀，并改善铸锭表面质量。实施例1：Φ500-1000mmMg-RE-Zr镁合金铸锭制备1、合金熔体制备接通熔化炉的电源，将熔化炉升温到600-620℃，向熔化炉内通入保护气体(0.2-0.5％SF6+N2)。将预热到260-360℃的纯镁锭分成若干批次，待第一批镁合金铸锭完全熔化后，再分批将其余经过预热的纯镁锭加入到熔化炉中，具体加入量以镁锭完全淹没在镁液中为准。如此反复，直至所需的纯镁锭全部加入并完全熔化后，用扒渣勺将熔液表面的浮渣清理干净，将熔体温度控制在760-780℃。将预热后的纯稀土锭、Mg-30Zr中间合金锭连同盛放它们的加料筐一起没入镁熔液中，将镁熔液温度控制在780-790℃，待稀土、Mg-30Zr完全溶解后，再在该温度下保温30-40min，使所有合金元素均匀分布在镁熔液中。之后，浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加料调整，直至合格。2、合金熔体浇注将上述成分满足要求的镁合金熔体用输液泵转移到模具上方的钢制漏斗中，并通过调整输液泵中镁合金熔体的流速，在保证漏斗中有足够的熔体，使输液泵的出口一直浸在漏斗中熔体液面以下的同时，尽快使浇注漏斗的下端口也没入镁合金熔体液面以下，避免浇注过程中卷气或因为熔体燃烧而产生氧化夹杂。通过调整模座下部冷却平台的下降速度，与模具中熔体液面的上升速度保持同步，始终保证输液泵的出口和浇注漏斗的下端口没入镁合金熔体液面以下。浇注完毕后，采用燃气加热的方式，将与上模相连的钢制锥形斜顶快速加热至600℃以上，并保温30min以上，随后用保温棉覆盖钢制锥形斜顶，直到铸锭完全凝固后再依次拆掉锥形斜顶、上模、下模，然后进行脱模加工。