專利名稱：：一種銅合金反重力鑄造升液管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于鑄造領(lǐng)域，涉及一種用于銅合金反重力鑄造升液管，可滿足銅合金反重力鑄造對升液管的要求。
背景技術(shù)：
：反重力鑄造是指金屬液在與重力方向相反的力作用下充滿鑄型，通常采用壓縮氣體向密封容器中加壓，使容器內(nèi)的金屬液通過升液管進入鑄模型腔，并在一定的壓力下凝固成型。升液管是熔融鑄造金屬液流入鑄模內(nèi)的必經(jīng)通道，升液管的下部分插入熔融鑄造金屬液中，上端連接鑄型。這種工況要求升液管具有耐高溫、抗熱震、不與金屬液反應(yīng)、不溶解、良好的氣密性和長期的抗熱沖擊疲勞性等性能。反重力鑄造已廣泛應(yīng)用于鋁合金的鑄造，用于銅合金的鑄造報道得較少。由于銅合金與鋁合金相比，熔點高(純銅熔點1083°C、鋁660°C)，比重大(銅合金比重是鋁合金的比重3倍多)，因此銅合金反重力鑄造升液管要求更高。首先需要更好的耐高溫性能，且在高溫使用過程中不能對合金液帶來污染和雜質(zhì)；另外，由于銅合金比重大，工作壓力比鋁合金高數(shù)倍，同時升液管插入金屬液，受到金屬液的浮力作用也大，需要升液管具有較高的強度和氣密性。目前報道的升液管有鋼鐵管、陶瓷管、陶瓷材料與鋼組成的復(fù)合管等。鐵質(zhì)升液管一般都由低碳無縫鋼管焊接或用灰鑄鐵鑄造而成的，在鋁合金反重力鑄造時使用，為避免金屬液對升液管產(chǎn)生熔蝕，在使用時一般先進行除銹、噴刷涂料，并經(jīng)20(TC左右的烘烤；用于銅合金反重力鑄造時，由于升液管中下端浸在合金液中，要經(jīng)受高溫合金液的沖刷，涂料層容易剝落，裸露的鋼管與銅合金液接觸，易產(chǎn)生鐵質(zhì)熔蝕，使升液管的使用壽命減短，導(dǎo)致合金液增鐵，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。陶瓷升液管大多采用氮化硅與碳化硅材料制成，其最大優(yōu)點是化學(xué)穩(wěn)定性好，在接觸并輸送熔融鋁合金或銅合金液體時，其本身不會有雜質(zhì)溶入合金液3中，因而能確保鑄造制品的質(zhì)量，但是其抗熱沖擊強度較低，尤其是當(dāng)管內(nèi)外管壁、上下部分溫差較大時，易發(fā)生脆裂，從而影響正常生產(chǎn)，這在目前鋁合金反重力鑄造中時常出現(xiàn)的問題，在銅合金反重力鑄造中更容易出現(xiàn)，并且陶瓷升液管造價較高。另一種全部由石墨材料做成，其承重能力和耐磨性較差，升液管的上端在模具及升降臂的壓力下，容易磨損和斷裂。對于陶瓷與鋼組成的復(fù)合管，報道的有(1)管子管壁采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，由陶瓷管內(nèi)層、耐火料層、鋼管層、外裹石棉布層及玻璃纖維布層構(gòu)成，可用于鋁合金反重力鑄造[專利號ZL200520073212.9]，但鋼管外層材料耐高溫性能對于銅合金金屬液來說偏低；(2)用高鋁礬土耐火材料漿料與鋼管整體澆灌的復(fù)合升液管，制作過程中需經(jīng)長時間的自然干燥和400-500°C下烘烤，使用前需緩慢加熱到1000°C，使用后需立即放到1000°C爐中進行降溫烘烤，緩慢降到室溫，以避免保溫層開裂損壞[申請?zhí)?8104790.2]。可見，這類復(fù)合管的陶瓷層或耐火材料層仍面臨著容易開裂的問題，使用維護條件嚴(yán)格。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是用于制造一種滿足銅合金反重力鑄造需求的升液管，具有耐銅合金金屬液高溫、避免帶來對合金液的污染、制備使用維護方便的特點?？紤]耐熱鋼具有良好的氣密性和強度，但是單獨使用，容易帶來銅合金增Fe等雜質(zhì)，且高溫強度也有欠缺；而石墨是銅合金熔煉的坩堝材料，高溫性能好且穩(wěn)定，因此我們設(shè)計并試驗了新型結(jié)構(gòu)的由石墨和耐熱鋼管組成的升液管，試驗過程中發(fā)現(xiàn)石墨管容易開裂，經(jīng)分析和論證主要由于石墨熱膨脹系數(shù)(3.5xl(T6/'C)大大小于耐熱鋼(約12.3xlO"VC),經(jīng)過反復(fù)試驗和改進，獲得可重復(fù)使用的復(fù)合升液管，且維護方便，可滿足銅合金反重力鑄造的使用要求。一種銅合金反重力鑄造升液管是由耐熱鋼法蘭盤l、內(nèi)石墨管2、耐熱鋼管3、外石墨管4組成，法蘭盤1焊接在耐熱鋼管3的端面上，耐熱鋼管3襯內(nèi)石墨管2，耐熱鋼管3外側(cè)與金屬液接觸部分是外石墨管4，內(nèi)石墨管2與耐熱鋼管3之間用螺紋連接5，外石墨管4與內(nèi)石墨管2間用螺紋連接5，外石墨管4與耐熱鋼管3之間留有間隙，間隙大小與耐熱鋼管外徑D有關(guān)，不小于3.5xlO、D，外石墨管4不與法蘭盤1相接觸，其高度低于法蘭盤1所在的位置。其結(jié)構(gòu)形式如圖l、圖2所示，分別命名為結(jié)構(gòu)形式l、結(jié)構(gòu)形式2。結(jié)構(gòu)形式l升液管內(nèi)腔為下面細(xì)、上面粗，這樣可減少金屬液用量，考慮到加工和裝配方便，結(jié)構(gòu)形式l的內(nèi)石墨管2由兩節(jié)構(gòu)成，兩節(jié)間用螺紋5連接，相應(yīng)的耐熱鋼管3是由兩節(jié)焊接而成。結(jié)構(gòu)形式2升液管內(nèi)腔上下基本一樣粗，內(nèi)石墨管2、耐熱鋼管3均是一個整體?？紤]到部分金屬液凝固過程中有可能凝固在升液管中，兩種結(jié)構(gòu)形式升液管上面一部分內(nèi)腔均帶有加工錐度，錐度部分為上大下小。升液管裝配時先裝配內(nèi)石墨管與耐熱鋼管間的連接，后裝配外石墨管與內(nèi)石墨管間的連接。上述螺紋連接處均用水玻璃石墨粉密封。鋼管及法蘭盤的材料為耐熱鋼，使用溫度達(dá)到1000。C左右的耐熱鋼均能滿足使用要求，如lCrl8Ni9Ti、1Cr25Ni20Si2、1Cr20Nil4Si2、0Cr23Ni13、0Cr25Ni20;石墨管為高純石墨。本發(fā)明的升液管具有下屬優(yōu)點-(1)良好的耐激冷激熱性能升液管本身對使用前加熱的溫度沒有特定的要求，一般為避免升液管放入金屬液后凝固，加熱到適當(dāng)?shù)臏囟取?2)良好的耐渣蝕性能，金屬液表面的高溫渣層具有很大的腐蝕能力，本發(fā)明的升液管與金屬液的接觸面為石墨，石墨為銅合金冶煉的坩堝材料，對渣層具有良好的耐蝕性能。(3)良好的氣密性。本發(fā)明的氣密性由中層的耐熱鋼管保證。(4)較高的強度。耐熱鋼管具有較高的強度，升液管使用時間短，一般從插入金屬液到取出不超過數(shù)分鐘，由于表層為石墨層，可確保耐熱鋼管一直具有高的強度。(5)良好的耐高溫性能和穩(wěn)定性。由于表層為石墨層，石墨耐高溫性能好；且石墨層具有較好的穩(wěn)定性，不會在使用過程中給銅合金液帶來雜質(zhì)。(6)維護和拆卸方便。內(nèi)、外石墨層和中間的鋼管用螺紋連接，容易加工組裝，拆換損壞部件和維護方便。圖l為結(jié)構(gòu)形式l升液管。耐熱鋼法蘭盤l、內(nèi)石墨管2、耐熱鋼管3、外石墨管4，螺紋連接55圖2為結(jié)構(gòu)形式2升液管。耐熱鋼法蘭盤l、內(nèi)石墨管2、耐熱鋼管3、外石墨管4，螺紋連接5圖3為本發(fā)明的升液管使用狀態(tài)示意圖。鑄型6，輸液過道7，中隔板8，升液管9，氣體輸入孔IO，金屬液ll，坩堝12，托錠13具體實施例方式本發(fā)明的升液管使用在反重力鑄造設(shè)備上，參見圖3，先將升液管9安裝在中隔板8上的相應(yīng)部位，然后依次放上輸液過道7以及鑄型6，最后是設(shè)備的上罐。待合金熔化后，啟動液壓站，使托錠13上升至如圖3所示的位置。開動氣源，氣體從輸入孔10輸入，待氣壓達(dá)到一定程度，坩堝12內(nèi)的金屬液11從升液管9的內(nèi)孔上升，進入型腔冷卻成型。待成型后，卸壓，使升液管內(nèi)剩余的金屬液回流至坩堝12中。選用耐熱鋼1Crl8M9Ti作為鋼管，應(yīng)用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的升液管反重力鑄造錫青銅合金ZCuSn3Zn8Pb6Nil水泵葉輪、ZCuSnlOZn2水泵端蓋均獲得了良好的使用效果，見表1所示。表1應(yīng)用本發(fā)明的升液管反重力鑄造銅合金鑄件的使用情況<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、一種用于銅合金反重力鑄造的升液管，其特征在于由耐熱鋼法蘭盤(1)、內(nèi)石墨管(2)、耐熱鋼管(3)、外石墨管(4)組成，法蘭盤焊接在耐熱鋼管端面上，內(nèi)石墨管與鋼管內(nèi)壁配合，兩者之間螺紋連接，外石墨管置于耐熱鋼管的外面與金屬液相接觸，內(nèi)外石墨管通過二者下端的螺紋連接在一起。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的升液管，其特征在于外石墨管與耐熱鋼管間不相接觸，兩者間留有間隙，間隙大小隨耐熱鋼管直徑D增加而增加，間隙不小于Dx3.5xl0入外石墨管不與法蘭盤相接觸，其高度低于法蘭盤所在的位置。全文摘要一種用于銅合金反重力鑄造的升液管，屬于鑄造領(lǐng)域。升液管由耐熱鋼法蘭盤、耐熱鋼管、內(nèi)外石墨管組合而成。法蘭盤焊接在鋼管端面上，升液管的管壁采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，由內(nèi)石墨管、鋼管以及外石墨管所構(gòu)成，內(nèi)石墨管與鋼管內(nèi)壁配合，兩者之間螺紋連接，外石墨管置于鋼管的外面與金屬液相接觸，內(nèi)外石墨管通過二者下端的螺紋連接在一起，外石墨管與鋼管間留有適當(dāng)?shù)拈g隙。該升液管氣密性好、耐高溫、不對銅合金液帶來污染，使用維護方便、壽命長。文檔編號B22D18/04GK101612659SQ20091008968公開日2009年12月30日申請日期2009年7月28日優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日發(fā)明者丁克宏,李文錢,林國標(biāo),龍游,王自東申請人:北京科技大學(xué)