钛合金导弹舱体定向凝固铸造设备制造技术

本实用新型专利技术涉及到一种铸造设备，特别是涉及到钛合金导弹舱体的铸造设备。我国的钛合金导弹舱体在机械性能及冶金质量方面尚有较大差距，本实用新型专利技术提出“钛合金导弹舱体定向凝固铸造设备”，目的在于改变其凝固方式，使其结晶结构由等轴晶改变为细而长的柱状晶，达到提高机械性能及冶金质量的目的。实现本实用新型专利技术的关键在于模壳的制作，本工作用精加工的高密度石墨模壳及在精加工的金属模具上成型的模壳解决了此问题。其精密铸造模壳是由分别制作的内外模壳组装在一起制成的。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本技术涉及到一种铸造设备，特别是涉及到钛合金导弹舱体的铸造设备。
技术介绍
铸造钛合金导弹舱体在我国只是近几年的事，由于钛合金化学性质很活泼，因而 必须采用特殊的稳定性很高的铸型材料，如手工捣固的石墨模型或石墨壳型等，在惰性气 体(氩或氮)保护感应熔铸设备中铸造而成。惰性气体保护感应熔铸设备主要由保护室、 真空充氩(氮)系统及感应凝壳炉三部分组成。真空充氩(氮)系统由油扩散泵、罗茨泵、 机械泵以及充氩(氮)系统组成。感应凝壳炉由水冷铜坩埚及中频感应线圈组成，其设备 示意图如图l所示，图中1、窥视加料孔，2、保护室，3、感应凝壳炉，4、感应凝壳炉旋转轴，5、 保护室外旋转手轮，6、中间包，7、手工捣固石墨模型(或称模壳)，8、真空阀门，9、惰性气体 阀门，10、窥视孔。 设备操作过程(a)打开保护室上盖，安装好手工捣固石墨模型(7)及中间包(6)， 把钛合金炉料装入感应凝壳炉(3)中，关闭保护室上盖；(b)打开真空阀门(8)抽真空，达 到真空度后继续抽真空保持真空度；(c)当钛合金熔炼达到要求后旋转保护室外旋转手轮 (5)，旋转感应凝壳炉，把钛合金浇铸到中间包(6)中。镇静一定时间待气泡及悬浮物浮起 后，拔起中间包(6)的柱塞，把合金浇入到石墨模型(7)中，此时关闭真空阀门(8)并开启 阀门(9)，通入惰性气体，让铸件在惰性气体压力下凝固。铸件自然冷却后，关闭阀门(9)， 打开保护室(2)，取出模型(7)及中间包(6)，打箱取出铸件。其铸造工艺全过程如下制 石墨模——组模——熔炼浇铸——清壳——初退火——吹砂、酸洗——热等静压——射线 检查——荧光检验——尺寸检查——舱体粗加工——舱体真空去应力处理——舱体精加 工——舱体最终检验。纵观以上工艺流程，笔者认为此工艺仍然是铸型铸造，自然冷却。这 样的冷却方式仍然是薄壁处先冷却，加强筋处后冷却。很难避免加强筋处产生縮松缺陷，另 外其晶粒为等轴形。这些可能是我国导弹舱体性能长期落后于国外的原因。对于钛合金舱 体，虽然有后继的热等静压工序，对力学性能的提高仍是有限的。纵观在铸造领域，为了克 服縮松缺陷提高铸件质量，只有定向凝固最为有效。50年代美国军方提出用失蜡精密铸造 模壳中浇铸钢液，实现定向凝固，铸出的航空涡轮叶片，大幅度地提高了机械性能及耐热性 能，提高了发动机的使用温度，从而提高了飞机的马赫数，超过了模锻的涡轮叶片，见参考 文献。但是该工艺的应用范围也是有限的，只能用于小型铸件，不能用于中、大型铸件。因 蜡料的强度有限，中、大型腊模难以承受工艺过程外力的作用而变形或破损。像导弹舱体这 样的中、大型薄壁铸件采用上述的失蜡精密铸造定向凝固是根本不可能的。
技术实现思路
为了克服目前我国钛合金导弹舱体机械性能不高经常有疏松缺陷出现的不足，本 技术提出钛合金导弹舱体定向凝固铸造设备，本设备与附图说明图1设备之不同点在于本 设备有两个保护室，其中设置有加热保温区、冷却区还有引出底模。在未浇铸以前，模壳设3置在引出底模之上，处于加热保温区之内，其温度在合金熔点以上20°C 。当合金浇铸于模壳 之中以后，引出底模带动模壳及铸件以一定的速度下降到下面的冷却区。这样铸件底部先 进入冷却区，因而先凝固，然后逐渐冷却到上部，最终整个铸件实现了定向凝固。由于铸件 底部先进入冷却区，因而它先凝固结晶，这些晶粒作为晶种，随着模壳下降，冷却区的上移， 它们不断地向上伸长，结果在整个铸件都生长成为由下而上的细长的柱状晶。作为金属材 料的薄弱点的晶界，都分布于柱状晶之间，平行于铸件轴线，横向的晶界大为减少，因而铸 件宏观的机械性能大幅度提高。但是传统定向凝固的失蜡制模壳法对于导弹舱体是行不通 的，因此如何制模壳对于本专利技术是一个关键。然而考虑到导弹舱体是一个薄壁筒型铸件，其 模壳必然由内外模壳(两个筒型件)及底模构成，因导弹舱体厚度只有5-8mm，因而底模的 宽度也只有5-8mm。所以导弹舱体的模壳主要是内外模壳，底模很小，容易制作。 为了解决模壳的制作问题，并实现导弹舱体的定向凝固，本技术所采用的技 术方案如下 1、采用其他办法(非失蜡制模壳法)分别制作两个筒型模壳，然后在把它们套装 在一起，制成完整模壳。 2、用压制紧实的石墨坯料再经精密机械加工制成内外两个模壳，在其内模壳底部车出一个法兰盘，借以形成底模，然后把这两个模壳套装在一起，组成完整的模壳。 3、在两个精密加工的金属模具(内外各一个)上涂以数层精密铸造浆料并在每层浆料上撒布一层石英砂骨料，固化后取下，则得内外精铸模壳各一个，然后在内精铸模壳之下法兰上涂以浆料，把外模壳套装于其外，底部粘接在一起，便得完整模壳。 4、在模壳内外设置加热炉，以备在浇铸以前模壳已加热到合金熔点以上20°C，以避免液体金属浇铸之后的无序凝固。 5、为了保证液体金属定向快速凝固，在加热炉之下设置有外喷水环及内喷水器， 组成喷水冷却区。当模壳以一定速度下降到下面的喷水冷却区后，其中的液体金属被由下 而上逐层冷却，实现定向凝固。 6、为了确保金属定向凝固必须避免下面的喷水喷溅到上面的加热保温区，同时要 避免加热保温区的热量幅射或传导到下面来。为此本专利技术在加热保温区及喷水冷却区之间 设置了耐火毡垫，把两者隔离开。 7、为了保证浇铸后的模壳能以一定速度由加热保温区下降到喷水冷却区，本专利技术将其安装在引出底模(25)上，后者承载着前者以一定速度下降到冷却区。 8、为了达到快速定向凝固的目的，本工作的内喷水器(23)与下面的厚壁输水管焊接在一起，并由后者将其支持于引出底模之中心。 本技术的有益效果是可以彻底改变原工艺(图l)条件下的凝固方式，实 现定向凝固，杜绝了导弹舱体长期以来难以避免的縮松缺陷，使导弹舱体的晶体结构由等 轴晶改变为柱状晶，并且其排列方向与导弹舱体轴线方向一致，因而能大幅度的提高ob、 S %以及疲劳强度。以下结合附图和实施例对本技术性进一步说明 图1是本技术提出以前钛合金导弹 体生产设备示意图。 图2是本技术第1实施例的设备示意图。 图3是本技术第2实施例的设备示意图。 图4是芯盒装配图，它是图3(第二实施例)中制作内精铸模壳的模具。 图5是图4的芯盒体图。 图6是图4的上下法兰图。 图7是图4的加强筋及圆台结构图。 图8是图3(第二实施例)制作外精铸模壳的圆筒模型图。 图2中1、窥视加料孔，2、保护室，3、感应凝壳炉，4、旋转轴，5、保护室外旋转手 轮，6、中间包，43、外石墨模壳，8、真空阀门，9、惰性气体阀门，10、窥视孔，11、浇冒口杯，44、 内石墨模壳，13、型腔，14、外加热炉保温层，15、外加热炉壳，16、内加热炉耐火支架，17、中 心固定支柱，18、外加热炉加热体，19、内加热炉加热体，20、内耐火毡垫，21、外耐火毡垫， 22、外喷水环，23、内喷水器，24、溢流孔，25、引出底模，26、下保护室，27、排水阀门，28、螺 钉、29、通气道。具体实施方式图2中，窥视加料孔(1)既能窥视炉中熔炼情况又能加入少量易烧损的合金元素， 保护室(2)为lOmm钢板焊接而成的圆柱形铁壳，感应凝壳炉(3)由水冷铜坩埚及感应线 圈组成，旋转轴(4)是整个感应凝壳炉的支持物，保护室外旋转手轮(5)安装在感应凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
钛合金导弹舱体定向凝固精密铸造设备，由惰性气体保护室及其内部的感应凝壳炉、精密铸造模壳、引出底模、内外加热炉、内外喷水冷却器组成，操作时引出底模带动精密铸造模壳由加热炉区以一定速度下降到冷却区，实现定向凝固，其特征在于：其精密铸造模壳是由分别制作的内外模壳组装在一起制成的。

【技术特征摘要】
钛合金导弹舱体定向凝固精密铸造设备，由惰性气体保护室及其内部的感应凝壳炉、精密铸造模壳、引出底模、内外加热炉、内外喷水冷却器组成，操作时引出底模带动精密铸造模壳由加热炉区以一定速度下降到冷却区，实现定向凝固，其特征在于其精密铸造模壳是由分别制作的内外模壳组装在一起制成的。2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于其模壳是用压制的石墨坯料经机械加工 制成的。3. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于其模壳是用精铸浆料在金属模具上成型 制成的。4. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于其模壳内外均设置有加...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠炎，
申请(专利权)人：李忠炎，
类型：实用新型
国别省市：93[中国|哈尔滨]