一种半连续细晶高温母合金铸造工艺的制作方法

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种半连续细晶高温母合金铸造工艺。

背景技术：

随着快速凝固炉的出现，目前汽车涡轮行业涡轮铸造采取快速凝固方法，对高温母合金要求越来越高。一是要求表面质量好，传统的方式是为了降低金属中心的缩孔问题，采取的是低温浇铸，导致表面充型不足，表面粗糙，材料表面加工过程浪费大；二是要求晶粒细小，由于液态金属的遗传特性，快速凝固炉做成的涡轮会继承母合金的微观组织特性，过于粗大的组织会导致涡轮叶片产生柱状晶，严重影响涡轮使用寿命。

本发明主要针对高温母合金生产过程中以上缺陷，采用电磁搅拌工艺，提高浇铸温度，可以完美地解决以上问题，浇铸温度高，表面质量好；电磁搅拌打碎晶粒组织，得到晶粒细小的高质量高温母合金。

技术实现要素：

本发明针对现有高温母合金存在的表面质量差，晶粒粗大的问题，采用高温浇铸、电磁搅拌、糊状凝固的方式生产出高质量高温母合金，该工艺过程简单，成本低，适合于工业化生产。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种半连续细晶高温母合金铸造工艺，包括以下步骤：

步骤一，制备过热的高温母合金熔体，在真空条件下感应熔炼高温合金，使浇注过热度为100℃～150℃；

步骤二，将多组金属或陶瓷模组放置于移动小车上，将移动小车放在平行电磁搅拌器之间，通过移动小车将模组移动到电磁搅拌器中间，模组底部采用绝热材料防止热量流失、温度快速下降；

步骤三，将步骤一得到的高温母合金浇铸在模组中，启动电磁搅拌系统；

步骤四，按照设定的搅拌工艺参数通过电磁搅拌器进行搅拌，待合金全部凝固后停止搅拌，移动模车，进行下一模组浇注。

作为本发明的一种优选方案；所述步骤四中，电磁搅拌器的搅拌频率为3hz～20hz、搅拌电流200a-500a，电磁波型为脉冲磁场。

作为本发明的一种优选方案；所述步骤四中，电磁搅拌器的搅拌频率为3hz～20hz、搅拌电流200a-500a，电磁波型为交变磁场。

作为本发明的一种优选方案；所述移动小车连接有小车轨道，所述移动小车连接有定时模块，通过定时模块控制小车的运行轨迹。

作为本发明的一种优选方案；所述步骤一中，根据不同高温母合金的工艺参数制备不同的高温母合金熔体。

作为本发明的一种优选方案；所述电磁搅拌器搅拌总时间5min～10min。

作为本发明的一种优选方案；所述电磁搅拌器搅拌的换向时间为10s～30s。

作为本发明的一种优选方案；所述电磁搅拌器开始作用时，合金熔体处于过热状态，要求浇铸温度在液相线50℃～80℃。

作为本发明的一种优选方案；所述移动小车在电磁搅拌器之间的停留时间大于电磁搅拌器的搅拌时间。

本发明利用电磁搅拌的电磁感应产生的电磁力来推动金属有规律地运动，从而减少枝状晶，增加等轴晶率，达到改善合金质量的目的。其实质是借助交变电流产生交变磁场，在金属熔体中产生感应电流，载流金属熔体在磁场中受到洛仑兹力的作用，从而改善金属熔体凝固过程中的流动、传热和迁移过程，达到改善合金质量的目的。本研究结果表明，电磁搅拌技术可以从以下几个方面改善合金的冶金质量：

1．有利于非金属夹杂物及气泡的上浮，降低合金内部气泡及夹杂物的含量，提高合金的纯净度；

2．加强金属熔体的对流运动，有利于打碎枝晶，形成等轴晶，提高合金的等轴晶率，减少中心偏析、中心疏松和缩孔，改善合金的凝固组织；

3．实现了不与金属熔体直接接触而使金属熔体发生强烈对流，避免了金属熔体的二次污染；

4．便于控制、操作灵活。通过控制影响感应磁场强度的电参数，可以方便地控制金属熔体的流动状态和半固态浆料的质量；

5．降低金属熔体的过热度，均匀液相温度场。

本发明具有以下优点：工艺过程简单，易于操作控制，不污染合金熔体，不需要昂贵的设备，适宜于工业化生产，按照本发明工艺制备的高温母合金具有表面光滑、晶粒细小的优点。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明实施例1中经电磁搅拌的k418高温母合金的晶粒；

图2为本发明实施例1中未经电磁搅拌的k418高温母合金的晶粒；

图3为本发明一种半连续细晶高温母合金铸造工艺的结构示意图。

主要元件符号说明如下：

电磁搅拌器1、移动小车2、模组3。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

实施例1

步骤一，在1000kg真空感应炉中熔炼k418高温母合金，k418熔点温度为1320℃，控制精炼温度为1580℃，浇铸温度为1460℃，过热度为140℃；

步骤二，将多组金属或陶瓷模组3放置于移动小车上，将移动小车2放在平行电磁搅拌器1之间，通过移动小车2将模组移动到电磁搅拌器1中间，模组底部采用绝热材料防止热量流失、温度快速下降；

步骤三，将步骤一得到的高温母合金浇铸在模组中，金属模组烘烤温度为400℃，启动电磁搅拌系统；

步骤四，按照设定的搅拌工艺参数通过电磁搅拌器1进行搅拌，搅拌参数为：搅拌电流400a，搅拌频率10hz，脉冲磁场，合金熔体经磁场搅拌作用5min后，停止搅拌器。移动模具小车，将下一组模具移到浇注位置，重复上述动作，进行下一模组浇注。

结果表明，采用此工艺浇注的k418高温母合金的晶粒大小为100μm左右（图1），对比同条件下未经电磁搅拌的k418高温母合金组织晶粒大于1000um（图2）。

实施例2

步骤一，在500kg真空感应炉中熔炼k213高温母合金，k213熔点温度为1340℃，控制精炼温度为1600℃，浇铸温度为1480℃，过热度为150℃；

步骤二，将多组金属或陶瓷模组3放置于移动小车上，将移动小车2放在平行电磁搅拌器1之间，通过移动小车2将模组移动到电磁搅拌器1中间，模组底部采用绝热材料防止热量流失、温度快速下降；

步骤三，将步骤一得到的高温母合金浇铸在模组中，金属模组烘烤温度为650℃，启动电磁搅拌系统；

步骤四，按照设定的搅拌工艺参数通过电磁搅拌器1进行搅拌，搅拌参数为：搅拌电流250a，搅拌频率50hz，交变磁场，合金熔体经磁场搅拌作用10min后，停止搅拌器。移动模具小车，将下一组模具移到浇注位置，重复上述动作，进行下一模组浇注。

k213合金含有cr：14.0～16.00%，w：4.00～7.00%，ni：34.00～38.00%，ti：3.00～4.00%，al：1.50～2.00%，从母合金棒料上端、中部和下端随机取5个样品，取样检测成分平均统计，与未施加电磁搅拌相比较，得到的数据见表1。

表1本发明工艺与未施加电磁搅拌母合金棒的偏析度比较

通过表1，可以看出通过本发明得到的合金材料的均匀性要远好于常规处理得到的合金材料的均匀性。

上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。