本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种反重力真空吸铸制备钴基合金焊丝的设备及方法。
背景技术：
钴基合金焊丝是以钴为主，添加铬、钨、镍等合金熔炼而成的铸造合金。它具有硬度高、耐磨性、耐腐蚀性强等特点，即使在高于1000℃的高温下使用，也具有优异的抗热腐蚀性能。因此，长期以来此类合金主要用于阀门、涡轮叶片等表面堆焊，起到耐磨耐蚀作用，从而大大延长他们的使用寿命。但该合金硬度大，塑形加工成型非常困难，焊丝不能采用传统轧制、冷拉拔等工艺生产。目前国内只有少数厂家采用热拉拔工艺制备焊丝，焊丝表面质量较差，同时制备周期较长。现有工艺所制备的钴基合金焊丝，一般直径范围为Ф2mm～Ф5mm，直径较大且质量较差，严重限制了钴基合金焊丝的应用。
截止目前，尚未发现任何反重力真空吸铸制备钴基合金焊丝的相关技术见诸报道。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种一种反重力真空吸铸制备钴基合金焊丝的设备。该设备能够实现反重力真空吸铸从而制备出质量优良的钴基合金焊丝，具有广泛的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种反重力真空吸铸成型设备，其特征在于，包括真空感应熔炼炉和反重力真空吸铸组件，所述真空感应熔炼炉的侧壁开设有通气口，所述真空感应熔炼炉内设置有坩埚、位于坩埚上方的料斗和位于坩埚下方的铸模，所述坩埚外缠绕有感应线圈，所述反重力真空吸铸组件包括真空罐、真空泵和石英管束，所述真空泵通过第一真空管路与真空罐连接，所述真空罐通过第二真空管路和转换接头与石英管束连接，所述真空罐上设置有真空表。
上述的一种反重力真空吸铸成型设备，其特征在于，所述铸模顶部设置有冒口。
上述的一种反重力真空吸铸成型设备，其特征在于，所述第一真空管路上设置有第一真空蝶阀，所述第二真空管路上设置有第二真空蝶阀和真空调节阀。
另外，本发明还提供了一种利用上述设备制备钴基合金焊丝的方法，其特征在于，所述钴基合金焊丝的合金元素包括Co、Cr、W、Ni、B和Mn，所述钴基合金焊丝的制备方法包括以下步骤：
步骤一、初熔：将合金元素Ni、B和Mn加入到料斗中，将除Ni、B和Mn以外的其余合金元素加入到坩埚中，然后对真空感应熔炼炉进行抽真空处理，待炉内压力降至1×10-2Pa～9×10-2Pa后，利用感应线圈加热熔融坩埚中的物料，精炼10min～15min后停止加热，待坩埚中的熔融物料凝固后，将料斗中的物料加入到坩埚中，接着向真空感应熔炼炉内通入氩气，直至炉内压力为0.06MPa～0.08MPa为止，之后继续利用感应线圈加热熔融坩埚中的物料，精炼10min～15min后停止加热，待坩埚中的熔融物料凝固后，再次利用感应线圈加热熔融坩埚中的物料，精炼5min～10min后停止加热，最后将坩埚中的熔融物料浇注于铸模中，冷却后脱模，得到铸锭；
步骤二、重熔：将步骤一中所述铸锭切块后加入到坩埚中，然后对真空感应熔炼炉进行抽真空处理，待炉内压力降至1Pa～10Pa后，利用感应线圈加热坩埚中的物料，待坩埚中的物料开始熔融后停止加热，向真空感应熔炼炉内通入氩气，直至炉内压力为0.06MPa～0.08MPa为止，之后继续利用感应线圈加热坩埚中的物料直至其完全熔融，得到合金熔液；
步骤三、反重力真空吸铸：将石英管束放入真空感应熔炼炉中，然后利用真空泵进行抽真空处理，在真空表读数为0.05MPa～0.07MPa的条件下，将石英管束插入至步骤二中所述合金熔液中进行反重力真空吸铸，待合金熔液充满石英管束后，停止抽真空，对充满合金熔液的石英管束进行水淬处理，然后脱除石英管束，得到铸条；
步骤四、后处理：对步骤三中所述铸条依次进行旋锻、真空退火和拉拔处理，最终得到钴基合金焊丝；所述钴基合金焊丝的截面形状为圆形，所述钴基合金焊丝的截面直径为1.0mm～1.5mm。
上述的方法，其特征在于，步骤一中加入到料斗中的合金元素B以Ni-B中间合金的形式配入，合金元素Mn以Ni-Mn中间合金的形式配入，合金元素Ni以所述Ni-B中间合金、所述Ni-Mn中间合金和Ni箔的形式配入；所述Ni-B中间合金中B的质量百分含量为4％～10％，所述Ni-Mn中间合金中Mn的质量百分含量为40％～70％。
上述的方法，其特征在于，步骤三中所述铸条的截面形状为圆形，所述铸条的截面直径为6mm。
上述的方法，其特征在于，步骤四中所述旋锻的道次数为15～20道次，每道次旋锻的径向减径量均为0.1mm～0.4mm。
上述的方法，其特征在于，步骤四中所述真空退火的具体过程为：将旋锻后的铸条置于真空退火炉中，在真空度≤5.0×10-1Pa的条件下，将旋锻后的铸条先以10℃/min的升温速率升温至900℃后保温30min，然后以4℃/min的升温速率升温至1200℃后保温30min，之后随炉冷却至400℃，最后充氩冷却至25℃室温。
上述的方法，其特征在于，步骤四中所述拉拔的道次数为1～4道次，每道次拉拔的径向减径量均为0.05mm～0.1mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用氩气保护吸铸法制备铸条。真空吸铸工艺是一种零件精密成型方法，能够用于难加工成型合金的铸造成型，具有工艺简单、成品率高、铸件质量好等优点。目前国内还未见反重力真空吸铸法用于钴基合金焊丝生产的报道。
2、本发明解决了Co基合金大铸锭难以加工变形、工艺流程长等不足。更重要的是，通过精密吸铸，可以快速的实施小尺寸棒材的旋锻、拉拔工艺，克服了大铸锭加工时开裂、能耗高、成品率低等缺陷。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明反重力真空吸铸成型设备的结构示意图。
附图标记说明:
1—真空感应熔炼炉； 2—真空罐； 3—真空泵；
4—真空表； 5—感应线圈； 6—坩埚；
7—铸模； 8—冒口； 9—石英管束；
10—通气口； 11—料斗； 12-1—第一真空管路；
12-2—第二真空管路； 13-1—第一真空蝶阀； 13-2—第二真空蝶阀；
14—真空调节阀。
具体实施方式
本发明反重力真空吸铸成型设备的结构通过实施例1进行描述。
实施例1
如图1所示的一种反重力真空吸铸成型设备，包括真空感应熔炼炉1和反重力真空吸铸组件，所述真空感应熔炼炉1的侧壁开设有通气口10，所述真空感应熔炼炉1内设置有坩埚6、位于坩埚6上方的料斗11和位于坩埚6下方的铸模7，所述坩埚6外缠绕有感应线圈5，所述反重力真空吸铸组件包括真空罐2、真空泵3和石英管束9，所述真空泵3通过第一真空管路12-1与真空罐2连接，所述真空罐2通过第二真空管路12-2与转换接头连接，转换接头与石英管束9连接，所述真空罐2上设置有真空表4。
本实施例中，转换接头的一端开设有用于连接第二真空管路12-2的真空管插孔，另一端开设有多个用于连接插设石英管的石英管插孔。转换接头也可设计为其他结构，只要能够实现第二真空管路12-2和石英管束9的紧密连接即可。
如图1所示，所述铸模7顶部设置有冒口8。
如图1所示，所述第一真空管路12-1上设置有第一真空蝶阀13-1，所述第二真空管路12-2上设置有第二真空蝶阀13-2和真空调节阀14。
本发明利用反重力真空吸铸成型设备制备钴基合金焊丝的方法通过实施例2至实施例5进行描述。
实施例2
本实施例所要制备的钴基合金焊丝包括以下质量百分比的成分：C：0.55％，Cr：25.5％，W：7.5％，Si：0.85％，Fe：1％，Ni：10.5％，Mn：0.85％，B：0.0065％，Co：余量。结合图1，本实施例利用如实施例1所述反重力真空吸铸成型设备制备钴基合金焊丝的方法包括以下步骤：
步骤一、初熔：将B质量含量为6％的Ni-B中间合金和Mn质量含量为60％的Ni-Mn中间合金用Ni箔包覆后加入到料斗11中，将其余所有的合金元素加入到坩埚6中，然后对真空感应熔炼炉1进行抽真空处理，待炉内压力降至3×10-2Pa后，利用感应线圈5加热熔融坩埚6中的物料，精炼12min后停止加热，待坩埚6中的熔融物料凝固后，将料斗11中的物料加入到坩埚6中，接着向真空感应熔炼炉1内通入氩气，直至炉内压力为0.07MPa为止，之后继续利用感应线圈5加热熔融坩埚6中的物料，精炼12min后停止加热，待坩埚6中的熔融物料凝固后，再次利用感应线圈5加热熔融坩埚6中的物料，精炼8min后停止加热，最后将坩埚6中的熔融物料浇注于铸模7中，冷却后脱模，得到规格为Φ45mm×250mm的铸锭；
步骤二、重熔：将步骤一中所述铸锭切块后加入到坩埚6中，然后利用对真空感应熔炼炉1进行抽真空处理，待炉内压力降至3Pa后，利用感应线圈5加热坩埚6中的物料，待坩埚6中的物料开始熔融后停止加热，向真空感应熔炼炉1内通入氩气，直至炉内压力为0.07MPa为止，之后继续利用感应线圈5加热坩埚6中的物料直至其完全熔融，得到合金熔液；
步骤三、反重力真空吸铸：将石英管束9放入真空感应熔炼炉1中，然后开启真空泵3进行抽真空处理，使真空感应熔炼炉1内的气体抽吸至真空罐2中，在真空表4读数为0.04MPa的条件下，将石英管束9插入至步骤二中所述合金熔液中进行反重力真空吸铸，待合金熔液充满石英管束9后，停止抽真空，对充满合金熔液的石英管束9进行水淬处理，然后脱除石英管束9，得到截面形状为圆形，截面直径为6.0mm的铸条；
步骤四、对步骤三中所述铸条依次进行以下处理：
步骤401、旋锻：对铸条进行多道次旋锻，旋锻的加工参数见表1。
表1铸条旋锻加工参数
步骤402、真空退火：将步骤401中旋锻后的铸条置于真空退火炉中，在真空度≤5.0×10-1Pa的条件下，将旋锻后的铸条先以10℃/min的升温速率升温至900℃后保温30min，然后以4℃/min的升温速率升温至1200℃后保温30min，之后随炉冷却至400℃，最后充氩冷却至25℃室温；
步骤403、拉拔：将步骤402中真空退火后的逐条进行2道次拉拔，每道次拉拔的径向减径量均为0.1mm，最终得到截面形状为圆形，截面直径为1.5mm的钴基合金焊条。
实施例3
本实施例所要制备的钴基合金焊丝包括以下质量百分比的成分：C：1.2％、Cr：29％、W：4.7％、Si：1.2％、Mo：0.1％、Fe：1.5％、Ni：2.2％、B：0.05％、Mn：0.3％、Co：余量。结合图1，本实施例利用如实施例1所述反重力真空吸铸成型设备制备钴基合金焊丝的方法包括以下步骤：
步骤一、初熔：将B质量含量为8％的Ni-B中间合金和Mn质量含量为50％的Ni-Mn中间合金用Ni箔包覆后加入到料斗11中，将其余所有的合金元素加入到坩埚6中，然后对真空感应熔炼炉1进行抽真空处理，待炉内压力降至6×10-2Pa后，利用感应线圈5加热熔融坩埚6中的物料，精炼12min后停止加热，待坩埚6中的熔融物料凝固后，将料斗11中的物料加入到坩埚6中，接着向真空感应熔炼炉1内通入氩气，直至炉内压力为0.06MPa为止，之后继续利用感应线圈5加热熔融坩埚6中的物料，精炼12min后停止加热，待坩埚6中的熔融物料凝固后，再次利用感应线圈5加热熔融坩埚6中的物料，精炼6min后停止加热，冷却后脱模，得到规格为Φ45mm×250mm铸锭；
步骤二、重熔：将步骤一中所述铸锭切块后加入到坩埚6中，然后对真空感应熔炼炉1进行抽真空处理，待炉内压力降至5Pa后，利用感应线圈5加热坩埚6中的物料，待坩埚6中的物料开始熔融后停止加热，向真空感应熔炼炉1内通入氩气，直至炉内压力为0.06MPa为止，之后继续利用感应线圈5加热坩埚6中的物料直至其完全熔融，得到合金熔液；
步骤三、反重力真空吸铸：将石英管束9放入真空感应熔炼炉1中，然后开启真空泵3进行抽真空处理，使真空感应熔炼炉1内的气体抽吸至真空罐2中，在真空表4读数为0.06MPa的条件下，将石英管束9插入至步骤二中所述合金熔液中进行反重力真空吸铸，待合金熔液充满石英管束9后，停止抽真空，对充满合金熔液的石英管束9进行水淬处理，然后脱除石英管束9，得到截面形状为圆形，截面直径为6.0mm的铸条；
步骤四、对步骤三中所述铸条依次进行以下处理：
步骤401、旋锻：对铸条进行多道次旋锻，旋锻的加工参数见表2。
表2实施例3铸条旋锻加工参数
步骤402、真空退火：将步骤401中旋锻后的铸条置于真空退火炉中，在真空度≤5.0×10-1Pa的条件下，将旋锻后的铸条先以10℃/min的升温速率升温至900℃后保温30min，然后以4℃/min的升温速率升温至1200℃后保温30min，之后随炉冷却至400℃，最后充氩冷却至25℃室温；
步骤403、拉拔：将步骤402中真空退火后的逐条进行4道次拉拔，每道次拉拔的径向减径量均为0.05mm，最终得到截面形状为圆形，截面直径为1.0mm的钴基合金焊条。
实施例4
本实施例所要制备的钴基合金焊丝包括以下质量百分比的成分：C：1.4％、Cr：28％、W：5％、Si：1.5％、Mo：0.15％、Fe：1.8％、Ni：2.8％、B：0.08％、Mn：0.25％、Co：余量。结合图1，本实施例利用如实施例1所述反重力真空吸铸成型设备制备钴基合金焊丝的方法包括以下步骤：
步骤一、初熔：将B质量含量为10％的Ni-B中间合金和Mn质量含量为40％的Ni-Mn中间合金用Ni箔包覆后加入到料斗11中，将其余所有的合金元素加入到坩埚6中，然后对真空感应熔炼炉1进行抽真空处理，待炉内压力降至9×10-2Pa后，利用感应线圈5加热熔融坩埚6中的物料，精炼15min后停止加热，待坩埚6中的熔融物料凝固后，将料斗11中的物料加入到坩埚6中，接着向真空感应熔炼炉1内通入氩气，直至炉内压力为0.075MPa为止，之后继续利用感应线圈5加热熔融坩埚6中的物料，精炼15min后停止加热，待坩埚6中的熔融物料凝固后，再次利用感应线圈5加热熔融坩埚6中的物料，精炼10min后停止加热，冷却后脱模，得到规格为Φ50mm×250mm铸锭；
步骤二、重熔：将步骤一中所述铸锭切块后加入到坩埚6中，然后对真空感应熔炼炉1进行抽真空处理，待炉内压力降至10Pa后，利用感应线圈5加热坩埚6中的物料，待坩埚6中的物料开始熔融后停止加热，向真空感应熔炼炉1内通入氩气，直至炉内压力为0.075MPa为止，之后继续利用感应线圈5加热坩埚6中的物料直至其完全熔融，得到合金熔液；
步骤三、反重力真空吸铸：将石英管束9放入真空感应熔炼炉1中，然后开启真空泵3进行抽真空处理，使真空感应熔炼炉1内的气体抽吸至真空罐2中，在真空表4读数为0.07MPa的条件下，将石英管束9插入至步骤二中所述合金熔液中进行反重力真空吸铸，待合金熔液充满石英管束9后，停止抽真空，对充满合金熔液的石英管束9进行水淬处理，然后脱除石英管束9，得到截面形状为圆形，截面直径为6.0mm的铸条；
步骤四、对步骤三中所述铸条依次进行以下处理：
步骤401、旋锻：对铸条进行多道次旋锻，旋锻的加工参数见表3。
表3实施例4铸条旋锻加工参数
步骤402、真空退火：将步骤401中旋锻后的铸条置于真空退火炉中，在真空度≤5.0×10-1Pa的条件下，将旋锻后的铸条先以10℃/min的升温速率升温至900℃后保温30min，然后以4℃/min的升温速率升温至1200℃后保温30min，之后随炉冷却至400℃，最后充氩冷却至25℃室温；
步骤403、拉拔：将步骤402中真空退火后的逐条进行3道次拉拔，每道次拉拔的径向减径量均为0.1mm，最终得到截面形状为圆形，截面直径为1.2mm的钴基合金焊条。
实施例5
本实施例所要制备的钴基合金焊丝包括以下质量百分比的成分：C：0.9％、Cr：30％、W：4.5％、Si：1.0％、Mo：0.3％、Fe：1.0％、Ni：2.0％、B：0.07％、Mn：0.2％、Co：余量。结合图1，本实施例利用如实施例1所述反重力真空吸铸成型设备制备钴基合金焊丝的方法包括以下步骤：
步骤一、初熔：将B质量含量为4％的Ni-B中间合金和Mn质量含量为40％的Ni-Mn中间合金用Ni箔包覆后加入到料斗11中，将其余所有的合金元素加入到坩埚6中，然后对真空感应熔炼炉1进行抽真空处理，待炉内压力降至1×10-2Pa后，利用感应线圈5加热熔融坩埚6中的物料，精炼10min后停止加热，待坩埚6中的熔融物料凝固后，将料斗11中的物料加入到坩埚6中，接着向真空感应熔炼炉1内通入氩气，直至炉内压力为0.08MPa为止，之后继续利用感应线圈5加热熔融坩埚6中的物料，精炼10min后停止加热，待坩埚6中的熔融物料凝固后，再次利用感应线圈5加热熔融坩埚6中的物料，精炼5min后停止加热，冷却后脱模，得到规格为Φ40mm×250mm铸锭；
步骤二、重熔：将步骤一中所述铸锭切块后加入到坩埚6中，然后对真空感应熔炼炉1进行抽真空处理，待炉内压力降至1Pa后，利用感应线圈5加热坩埚6中的物料，待坩埚6中的物料开始熔融后停止加热，向真空感应熔炼炉1内通入氩气，直至炉内压力为0.08MPa为止，之后继续利用感应线圈5加热坩埚6中的物料直至其完全熔融，得到合金熔液；
步骤三、反重力真空吸铸：将石英管束9放入真空感应熔炼炉1中，然后开启真空泵3进行抽真空处理，使真空感应熔炼炉1内的气体抽吸至真空罐2中，在真空表4读数为0.05MPa的条件下，将石英管束9插入至步骤二中所述合金熔液中进行反重力真空吸铸，待合金熔液充满石英管束9后，停止抽真空，对充满合金熔液的石英管束9进行水淬处理，然后脱除石英管束9，得到截面形状为圆形，截面直径为6.0mm的铸条；
步骤四、对步骤三中所述铸条依次进行以下处理：
步骤401、旋锻：对铸条进行多道次旋锻，旋锻的加工参数见表4。
表4实施例5铸条旋锻加工参数
步骤402、真空退火：将步骤401中旋锻后的铸条置于真空退火炉中，在真空度≤5.0×10-1Pa的条件下，将旋锻后的铸条先以10℃/min的升温速率升温至900℃后保温30min，然后以4℃/min的升温速率升温至1200℃后保温30min，之后随炉冷却至400℃，最后充氩冷却至25℃室温；
步骤403、拉拔：将步骤402中真空退火后的逐条进行1道次拉拔，拉拔的径向减径量为0.1mm，最终得到截面形状为圆形，截面直径为1.0mm的钴基合金焊条。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。