一种摆动式雾化器及摆动式喷射沉积制坯方法技术

本发明专利技术涉及一种摆动式雾化器及摆动式喷射沉积制坯方法，通过改进现有喷射沉积装置，使雾化器支撑板以及雾化器支撑板上中间包可在3～5°的角度内转动，以改善传统喷射沉积高速钢扫描周期长、高速钢沉积层结合强度低的问题为目标，提高喷射沉积高速钢锭坯的强度以及喷射沉积效率，改善所制备高速钢微观结构，消除宏观偏析，细化均分碳化物，得到性能优异的高速钢。采用本发明专利技术的摆动式雾化器喷射沉积技术，制备出的高速钢锭坯比常规喷射沉积制备的组织更为均一、碳化物细小均匀分布，具有较高的力学性能。

A Swing Nebulizer and Swing Spray Deposition Method for Billet Making

The invention relates to a swing atomizer and a swing spray deposition billet making method. By improving the existing spray deposition device, the atomizer support plate and the tundish on the atomizer support plate can rotate at an angle of 3-5 degrees, aiming at improving the problems of long scanning period of traditional spray deposition high-speed steel and low bonding strength of high-speed steel deposit layer, and improving spray deposition high-speed steel ingot billet. Strength and spray deposition efficiency can improve the microstructures, eliminate macrosegregation, refine carbides and obtain high-speed steel with excellent properties. By adopting the swing atomizer spray deposition technology of the invention, the structure of the high-speed steel ingot prepared by the swing atomizer is more uniform, the carbide is fine and uniformly distributed, and the mechanical properties of the high-speed steel ingot are higher than those prepared by the conventional spray deposition.

【技术实现步骤摘要】
一种摆动式雾化器及摆动式喷射沉积制坯方法
本专利技术涉及一种摆动式雾化器及摆动式喷射沉积制坯方法，特别是一种大尺寸坯件的铸造过程中防止合金元素偏析及扫描单道次沉积层之间出现溅射界面的制坯方法，属于金属熔体喷射沉积

技术介绍
高速钢因其具有高的硬度、耐磨性及红硬性被广泛用于机床切削刀具、工模器具以及航空航天用轴承零部件等。采用传统的铸造法制备高速钢锭坯，由于坯件冷却速度缓慢，合金元素的偏析严重，产生粗大的碳化物以及晶粒，对高速钢的性能、尤其是塑韧性有着巨大的影响，即便是通过后续锻造也难以消除。近些年来，粉末冶金高速钢的发展消除了高速钢元素偏析现象，但其工艺繁杂，制备成本较高，且在制备大尺寸的高速钢锭坯方面存在技术局限性。中国专利CN104878301A公开了一种喷射成形高速钢，通过该方法制备出的高速钢显微组织均一、碳化物细小且分布均匀，抑制了元素的宏观偏析。专利CN101185971公开了一种提高喷射成形高速钢柱状沉积坯密度的工艺方法，该方法主要是通过减少沉积层至喷嘴的高度来获得强度较高、塑性良好且具有较好加工性能的高速钢锭坯。上述方法的共同特点是喷射雾化器固定不动，由于喷射液滴流溅射面积有限，在制备大尺寸坯件时遇到困难，同时雾化的液滴尺寸一般沿雾化椎呈高斯分布，有碍于沉积坯组织的均匀性。中国专利ZL01114421.1提供了一种移动坩埚喷射沉积装置，使得喷射液滴流在沉积坯上扫描来解决固定雾化器喷射液滴流沉积面积有限的问题，用来制备大尺寸坯件。但由于扫描速度有限，在较长距离扫描时，单道次沉积层之间容易出现溅射界面，甚至分层。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服
技术介绍
中提到的喷射沉积制备大尺寸高速钢坯件中的局限性，提供一种摆动式喷射沉积制坯方法，并相应提供一种设备简单的摆动式雾化器。喷射沉积大尺寸高速钢锭坯沉积层之间界面结合强度高，结合情况好，所述喷射沉积大尺寸高速钢锭坯碳化物颗粒细小且均匀分布，所述喷射沉积大尺寸高速钢锭坯晶粒细小、内部结构少量或无宏观偏析。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种工艺步骤简便的摆动式雾化器及摆动式喷射沉积制坯方法，所述摆动式雾化器包含有：雾化室、沉积室和控制系统，所述雾化室中设有中间包装置、支撑板装置、波纹管摆动装置，所述中间包装置由浇包和中间包组成，所述浇包底部通过导液管与所述中间包相连通，将所述浇包中的金属熔体连续均匀导流入所述中间包中，所述支撑板装置由支撑板、凸轮、定位轴、滑板组成，所述支撑板两端下面与所述凸轮相连接，中间部位支撑于所述波纹管摆动装置中的波纹管上，所述波纹管摆动装置由波纹管及设置在波纹管内的雾化器组成，所述雾化器的上部固定在所述基板下面，所述中间包底部通过导液管与所述雾化器相连通，将所述中间包中的金属熔体送入雾化器，并在雾化器中雾化，所述凸轮转动带动所述基板两端绕所述波纹管摆动，从而带动固定在支撑板下面的雾化器摆动，形成摆动的金属雾；所述沉积室中设有基板、基板支柱和转动器，所述基板固定连接在所述基板支柱的上端，所述基板下端连接在所述转动器上，所述转动器一方面带动所述基板支柱转动，一方面带动所述基板支柱上下运动；所述控制系统由中央控制器、数据收集器、升降控制器、滑板控制器、数显激光器组成，所述中央控制器将各数据收集器的数据进行处理并向升降控制器、滑板控制器发布指令，分别控制所述滑板滑动和所述基板支柱上下运动，所述数据收集器将数显激光器采集到的信息收集并传输给中央控制器，所述数显激光器用于采集被监测部件的各设定信息；所述中间包与所述雾化器之间的所述导液管摆动角度范围为3～5°；进一步地，所述凸轮设计成带动雾化器支撑板、中间包及波纹管在喷射所需的角度范围内做摆动的其它机械结构形式；优选的，所述浇包及中间包外壁设置保温装置，使高速钢熔体流经中间包或浇包时处熔融状态。其中所述的可摆动的雾化器支撑板装置是指：凸轮或转轴等此类可转动装置与传统喷射沉积雾化器支撑板结合一起，在凸轮或转轴等此类可转动装置下，带动雾化器支撑板、中间包及波纹管在喷射所需的角度范围内做摆动。上述浇包装置及中间包装置中，可在浇包及中间包外壁设置保温装置，使高速钢熔体流经中间包或浇包时处熔融状态，防止因温度过低使高速钢熔体凝固或半凝固导致导液管或水口堵塞而阻碍喷射的顺利进行。上述浇包装置及中间包装置，优选的，喷射过程中，中间包内的高速钢喷射熔体浸没上部的浇包水口，以防止浇包摆动过程中，浇包内的熔体不因中间包导液管源源不断喷出的熔体而产生飞溅。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种摆动式喷射沉积制坯方法，包括以下步骤：（1）选择一种高速钢材料或中间合金，其中所述高速钢材料或中间合金可为粉末状或块状；（2）将步骤（1）所述高速钢材料或中间合金放入熔炼炉内加热至高于合金熔点，并在熔炼炉内保温至使熔融高速钢熔体各部分成分及温度达到均匀状态，得到成分及温度均匀的高速钢熔体；（3）将步骤（2）所得的成分及温度均匀的高速钢熔体倒入预热的浇包中，浇包置于喷射板上的中间包上方；（4）步骤（3）中从浇包流出的高速钢熔体流至预热的中间包中内，在高速钢熔体流出中间包导液管的瞬间，以高速N2流通过导液管将流出的熔体破碎，并转动上下凸轮，使雾化器支撑板及中间包随着凸轮的转动及波纹管摆动，破碎后的高速钢液滴流随雾化器摆动扫描溅射在沉积室内转动的基板上，喷射过程中转动的基板不断下降，以控制不断累积的沉积层与中间包导液管的高度保持不变，直至喷射完成；（5）待喷射完毕后制备的高速钢锭坯冷却，通过锻造或轧制等手段将高速钢锭坯致密化处理。上述一种摆动式喷射沉积制坯方法中，优选的，高速钢材料纯度>99%或中间合金纯度>99%，并选取小块状高速钢材料或中间合金进行熔炼，选取小块状的高速钢材料或中间合金熔炼的好处是熔化速度较大块状高速钢材料或中间合金熔化速度快，且比粉末状高速钢或中间合金成本低。上述一种摆动式喷射沉积制坯方法中，优选的，在熔炼炉内，高速钢或中间合金加热至高于其理论熔点100～250℃，保温时间30～180min，以便使高速钢熔体成分和温度均匀。上述一种摆动式喷射沉积制坯方法中，优选的，高速钢熔体以1.5～20kg/min的速度倒入预热的浇包中，浇包喷嘴直径在8～12mm范围内，避免因喷嘴直径过小使高速钢熔体难以流出或流速过小，同时避免因喷嘴直径过大导致高速钢液流出速度过大使流入中间包的熔体溅出；浇包的预热温度在800～1000℃之间，浇包水口置于雾化器支撑板上的中间包30～100mm高处，以使喷射过程中中间包内的熔体可浸过浇包水口，同时保证中间包随雾化器支撑板摆动过程中，中间包内的熔体不因浇包水口源源不断喷出的熔体而产生飞溅。上述一种摆动式喷射沉积制坯方法中，优选的，中间包预热温度在800～1200℃之间，中间包导液管直径在4～8mm范围内，避免因导液管直径过小使高速钢熔体难以流出或流速过小，同时避免因导液管直径过大导致高速钢液流出速度过大使制备出的高速钢锭坯性能不佳；雾化器支撑板与中间包摆动角度在3～5°，以保证中间包内熔体不因摆动幅度过大而洒出；N2纯度＞99.9wt.%，压力在1～3MPa之间，确保浇包内流出的高速钢熔体充分被N2破碎成细小液滴。上述一种摆动式喷射沉积制坯方法中，优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种摆动式雾化器，所述摆动式雾化器包含有：雾化室、沉积室和控制系统，所述雾化室中设有中间包装置、支撑板装置、波纹管摆动装置，其特征在于：所述中间包装置由浇包和中间包组成，所述浇包底部通过导液管与所述中间包相连通，将所述浇包中的金属熔体连续均匀导流入所述中间包中；所述支撑板装置由支撑板、凸轮、定位轴、滑板组成，所述支撑板两端下面与所述凸轮相连接，中间部位支撑于所述波纹管摆动装置中的波纹管上，所述波纹管摆动装置由波纹管及设置在波纹管内的雾化器组成，所述雾化器的上部固定在所述基板下面，所述中间包底部通过导液管与所述雾化器相连通，将所述中间包中的金属熔体送入雾化器，并在雾化器中雾化，所述凸轮转动带动所述基板两端绕所述波纹管摆动，从而带动固定在支撑板下面的雾化器摆动，形成摆动的金属雾；所述沉积室中设有基板、基板支柱和转动器，所述基板固定连接在所述基板支柱的上端，所述基板下端连接在所述转动器上，所述转动器一方面带动所述基板支柱转动，一方面带动所述基板支柱上下运动；所述控制系统由中央控制器、数据收集器、升降控制器、滑板控制器、数显激光器组成，所述中央控制器将各数据收集器的数据进行处理并向升降控制器、滑板控制器发布指令，分别控制所述滑板滑动和所述基板支柱上下运动，所述数据收集器将数显激光器采集到的信息收集并传输给中央控制器，所述数显激光器用于采集被监测部件的各设定信息。...

【技术特征摘要】
1.一种摆动式雾化器，所述摆动式雾化器包含有：雾化室、沉积室和控制系统，所述雾化室中设有中间包装置、支撑板装置、波纹管摆动装置，其特征在于：所述中间包装置由浇包和中间包组成，所述浇包底部通过导液管与所述中间包相连通，将所述浇包中的金属熔体连续均匀导流入所述中间包中；所述支撑板装置由支撑板、凸轮、定位轴、滑板组成，所述支撑板两端下面与所述凸轮相连接，中间部位支撑于所述波纹管摆动装置中的波纹管上，所述波纹管摆动装置由波纹管及设置在波纹管内的雾化器组成，所述雾化器的上部固定在所述基板下面，所述中间包底部通过导液管与所述雾化器相连通，将所述中间包中的金属熔体送入雾化器，并在雾化器中雾化，所述凸轮转动带动所述基板两端绕所述波纹管摆动，从而带动固定在支撑板下面的雾化器摆动，形成摆动的金属雾；所述沉积室中设有基板、基板支柱和转动器，所述基板固定连接在所述基板支柱的上端，所述基板下端连接在所述转动器上，所述转动器一方面带动所述基板支柱转动，一方面带动所述基板支柱上下运动；所述控制系统由中央控制器、数据收集器、升降控制器、滑板控制器、数显激光器组成，所述中央控制器将各数据收集器的数据进行处理并向升降控制器、滑板控制器发布指令，分别控制所述滑板滑动和所述基板支柱上下运动，所述数据收集器将数显激光器采集到的信息收集并传输给中央控制器，所述数显激光器用于采集被监测部件的各设定信息。2.一种摆动式喷射沉积制坯方法，其特征在于：（1）选择一种高速钢材料或中间合金，其中所述高速钢材料或中间合金可为粉末状或块状；（2）将步骤（1）所述高速钢材料或中间合金放入熔炼炉内加热至高于合金熔点，并在熔炼炉内保温至使熔融高速钢熔体各部分成分及温度达到均匀状态，得到成分及温度均匀的高速钢熔体；（3）将步骤（2）所得的成分及温度均匀的高速钢熔体倒入预热的浇包中，浇包置于喷射板上的中间包上方；（4）步骤（3）中从浇包流出的高速钢熔体流至预热的中间包中内，在高速钢熔体流出中间包导液管的瞬间，以高速N2流通过导...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，张连华，
申请(专利权)人：江苏华威机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32