一种可控制液态金属冷却定向凝固固液界面平直的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出了一种可控制液态金属冷却定向凝固固液界面平直的装置，包括液态金属罐和反应釜，液态金属罐内通过第一驱动机构连接有拉伸轴，拉伸轴连接有膜壳，反应釜内开设有供膜壳滑动穿过的通孔，液态金属罐内设置有液面监测机构，液态金属罐还连通有补料仓，补料仓内滑动连接有活塞，活塞连接有第二驱动机构，补料仓分别通过进液管和出液管与液态金属罐相连通，进液管和进液管内设置有单向阀。本装置能够维持不同横截面膜壳在定向拉伸过程中，冷却罐中液态金属液面始终与罐口平齐，从而使得凝固材料在定向凝固过程中，径向温度场稳定，确保以平界面方式生长，提高凝固铸件的力学性能和减少缺陷产生。力学性能和减少缺陷产生。力学性能和减少缺陷产生。

【技术实现步骤摘要】
一种可控制液态金属冷却定向凝固固液界面平直的装置


[0001]本技术涉及金属材料制备
，具体涉及一种可控制液态金属冷却定向凝固固液界面平直的装置。

技术介绍

[0002]在合金凝固的过程中，在固液界面处特定方向建立起温度梯度，从而使溶体沿着热流方向相反的方向凝固，最终获得定向凝固柱状晶组织称为定向凝固(directionalsolidification)。定向凝固技术最初是在高温合金的研制中建立和完善起来的，在用于燃汽涡轮发动机叶片的生产中，所获得的具有柱状乃至单晶组织的材料因消除晶体横向晶，具有优良的抗热冲击性能、较长的疲劳寿命、较高的蠕变抗力和中温塑性，因而提高了叶片的使用寿命和使用温度。目前，定向凝固技术除用于高温合金的研制外，还逐渐推广到半导体材料、磁性材料、复合材料等的研制中。
[0003]传统定向凝固工艺的主要缺点是凝固组织粗大、严重的枝晶偏析，限制了材料性能的提高，其主要原因是晶体生长中平面晶形态遭到破坏后出现失稳演变为不完全胞晶。简单地说金属在凝固过程中固液界面并不处于最佳位置，凝固界面与液相中最高温度面距离太远。针对界面稳定性的研究一直是研究者们非常关心的问题，但影响界面稳定性的机制并不是十分明确。
[0004]近年来，研究者将电流、磁场、超声波等物理场作用于金属凝固过程，用以控制和改善金属凝固组织，极大地改善和提高了金属材料的性能。然而，在实际定向凝固或单晶铸件生产过程中，由于变截面膜壳在定向拉伸过程中引起的结晶罐液面的变化，从而对温度梯度造成的影响是影响铸件质量的最关键的因素之一，目前针对结晶罐液面的变化没有很好的监测装置，且无法根据结晶罐液面的变化实时进行调整，因此在不同膜壳定向凝固拉伸过程中，因结晶罐液面不稳定，易导致出现铸件偏析和杂晶等问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种可控制液态金属冷却定向凝固固液界面平直的装置。本装置能够维持不同横截面膜壳在定向拉伸过程中，冷却罐中液态金属液面始终与罐口平齐，从而使得凝固材料在定向凝固过程中，径向温度场稳定，确保以平界面方式生长，提高凝固铸件的力学性能和减少缺陷产生。
[0006]本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]本技术提出了一种可控制液态金属冷却定向凝固固液界面平直的装置，包括液态金属罐和反应釜，所述液态金属罐内通过第一驱动机构连接有拉伸轴，所述拉伸轴连接有膜壳，所述反应釜内开设有供膜壳滑动穿过的通孔，所述液态金属罐内设置有液面监测机构，所述液态金属罐还连通有补料仓，所述补料仓内滑动连接有活塞，所述活塞连接有第二驱动机构，所述补料仓分别通过进液管和出液管与所述液态金属罐相连通，所述进液管和所述进液管内设置有单向阀，所述第一驱动机构、液面监测机构和第二驱动机构连接
有控制器。
[0008]优选的，所述进液管内为进液单向阀，所述出液管内为出液单向阀。
[0009]优选的，所述反应釜外壁为多层金属板组成的隔热层。
[0010]优选的，所述反应釜内设置有U形加热体，所述U形加热体与所述控制器相连。
[0011]优选的，所述拉伸轴内开设有水循环通道，所述水循环通道两侧开设有进水口和回水口，所述水循环通道、进水口和回水口相互配合形成循环冷却水系统。
[0012]优选的，所述液态金属罐两侧开设有进水口和回水口，所述进水口和所述回水口相互配合形成循环冷却水系统。
[0013]优选的，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构均为独立设置的电推杆，两个电推杆分别与控制器相连。
[0014]优选的，所述液面监测机构包括浮漂和竖直方向设置的监测尺，所述监测尺与所述液态金属罐固定连接，所述浮漂与所述监测尺滑动连接。
[0015]优选的，所述浮漂靠近监测尺一端设置有感应金属片，所述监测尺连接有若干个接近开关，所述接近开关与所述控制器相连。
[0016]优选的，所述液面监测机构包括浮漂和拉绳位移传感器，所述拉绳位移传感器包括拉绳，所述拉绳与所述浮漂相连，所述拉绳位移传感器与所述液态金属罐固定连接，所述拉绳位移传感器与所述控制器相连。
[0017]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0018]本技术在液态金属冷却罐中设有监测液态金属液面装置，液态金属冷却罐还连通有用于注射补液的补料仓，在膜壳拉伸过程中，液面监测机构将液面变化信号反馈至控制器，控制器根据其反馈信号将补料仓中液态金属推入或抽出液态金属冷却罐中。该方法操作和制造简单，不同横截面膜壳在定向拉伸过程中，可实时调控液面高度，维持冷却罐中液态金属液面始终与罐口平齐，从而使得凝固材料在定向凝固过程中，径向温度场稳定，确保以平界面方式生长，从而提高铸件生产效率，提高凝固铸件的力学性能和减少缺陷产生。
附图说明
[0019]本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0020]图1是本技术整体主视图；
[0021]图2是图1中液面监测机构结构示意图。
[0022]附图标记说明:
[0023]1U形加热体；2隔热层；3膜壳；4通孔；5拉伸轴；6液态金属冷却罐；7液面监测机构；8连接套；9电推杆；10补料仓；11浮漂；12监测尺。
具体实施方式
[0024]下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的
限制。
[0025]如图1
‑
2所示，本实施例提出了一种可控制液态金属冷却定向凝固固液界面平直的装置，包括液态金属罐6和反应釜，反应釜和液态金属罐6固定连接，反应釜设置在液态金属罐6一侧。
[0026]反应釜外壁为多层金属板组成的隔热层2，用于实现保温功能。反应釜内设置有U形加热体1，U形加热体1具体可为电阻加热系统，可实现反应釜内的加热工作，U形加热体1与控制器相连。
[0027]液态金属罐6内通过第一驱动机构连接有拉伸轴5，拉伸轴5连接有膜壳3，隔热层2内开设有供膜壳3滑动穿过的通孔4。第一驱动机构具体可为电推杆，电推杆和控制器相连。
[0028]拉伸轴5还可与膜壳3可拆卸连接，通孔4的大小根据实际需要进行调整，以适应不同大小的膜壳3。
[0029]电推杆可控制拉伸轴5竖直方向移动，达到预设温度和保温时间后，通过电推杆可带动拉伸轴5向下移动，膜壳3穿过通孔4，从而进入装有Ga
‑
In
‑
Sn液态金属罐6内。
[0030]拉伸轴5内开设有水循环通道，水循环通道两侧开设有进水口和回水口，水循环通道、进水口和回水口相互配合形成循环冷却水系统。
[0031]液态金属罐6两侧开设有进水口和回水口，进水口和回水口相互配合形成循环冷却水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可控制液态金属冷却定向凝固固液界面平直的装置，包括液态金属罐(6)和反应釜，所述液态金属罐(6)内通过第一驱动机构连接有拉伸轴(5)，所述拉伸轴(5)连接有膜壳(3)，所述反应釜内开设有供膜壳(3)滑动穿过的通孔(4)，其特征在于，所述液态金属罐(6)内设置有液面监测机构(7)，所述液态金属罐(6)还连通有补料仓(10)，所述补料仓(10)内滑动连接有活塞，所述活塞连接有第二驱动机构，所述补料仓(10)分别通过进液管和出液管与所述液态金属罐(6)相连通，所述进液管和所述进液管内设置有单向阀，所述第一驱动机构、液面监测机构(7)和第二驱动机构连接有控制器。2.根据权利要求1所述的一种可控制液态金属冷却定向凝固固液界面平直的装置，其特征在于，所述进液管内为进液单向阀，所述出液管内为出液单向阀。3.根据权利要求1所述的一种可控制液态金属冷却定向凝固固液界面平直的装置，其特征在于，所述反应釜外壁为多层金属板组成的隔热层(2)。4.根据权利要求1所述的一种可控制液态金属冷却定向凝固固液界面平直的装置，其特征在于，所述反应釜内设置有U形加热体(1)，所述U形加热体(1)与所述控制器相连。5.根据权利要求1所述的一种可控制液态金属冷却定向凝固固液界面平直的装置，其特征在于，所述拉伸轴(5)内开设有水循环通道，所述水循环通道两侧开设有进水口和回水口，所述水循...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宏，丁贤飞，胡海涛，左家斌，南海，高威，黄东，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：新型
国别省市：