一种镍铝青铜螺旋桨桨毂铸造模型

本发明涉及金属铸造，特别是涉及一种镍铝青铜螺旋桨桨毂铸造模型。

背景技术：

1、螺旋桨桨毂是船舶的关键和重要部件，特别是大型船舶对螺旋桨桨毂的要求极为严格，螺旋桨桨毂直接影响船舶航行的可靠性、安全性，同时，螺旋桨桨毂的耐海水腐蚀性能是也是其重要的性能指标之一。

2、使用镍铝青铜(cual9fe4nimn2)合金，采用反重力浇注方式制备大型船舶用螺旋桨及桨毂是比较先进铸造方法，目前在重要的舰船上已经初步尝试应用，对螺旋桨及桨毂铸件质量有较大的提升。但大型船舶用螺旋桨及桨毂铸件除了要求无冶金缺陷外，还有一个非常重要的耐海水腐蚀要求。以往为了提高耐海水腐蚀能力，大型船舶用螺旋桨桨毂多直接使用铸态件。这是人们普遍认为铸造条件下冷却速度较快，不会有第二相析出。

3、实际上，大型船舶用螺旋桨桨毂铸件远大于10吨重，浇注后铸件冷却是非常缓慢的，一般要一周的时间才能冷到开箱的温度。这样的缓慢冷却会有第二相析出，析出相与基体的界面正是耐腐蚀的薄弱部位。

4、镍铝青铜合金，主要析出相k相和γ2相。k相最主要析出相，是由fe和ni的金属间化合物，约在930℃从β相析出。一般认为k相是有益相，能提高强度、硬度和耐磨性。γ2相是富al金属间化合物，严重恶化合金的耐蚀性和韧性，是有害的析出相，是螺旋桨桨毂最主要的腐蚀源。另外，当高温β相未完全转变时会保留亚稳态产物β'相，硬而脆、耐蚀性较差，容易成为腐蚀点。

5、因此对于大型船舶用螺旋桨桨毂铸件，利用铸件浇注后的余热在高于930℃时直接进行淬火处理避免γ2相析出是一项很有意义的工作，既能解决大型热处理设备缺乏又能减少二次固溶加热处理的能耗问题。

6、但由于镍铝青铜高温强度较低，利用铸件余热直接淬火处理会导致铸件变形及开裂发生，必须利用合适的工装约束防止铸件变形及开裂发生。然而铸件落砂后再进行安装约束工装，操作过程会使铸件散失热量降温，错过了抑制γ2相析出的温度区间。

技术实现思路

1、鉴于上述情况，本发明提供了一种镍铝青铜螺旋桨桨毂铸造模型。根据螺旋桨桨毂的尺寸规格，在铸造腔外部设置多个工艺凸台型腔，并在砂型内预埋一体成形淬火工装，确保镶嵌柱结构一一对应穿设在工艺凸台型腔内，利用镍与铜互为固溶体的特性，当铸件落砂后，把一体成形淬火工装和铸件牢固地焊合成一体，使得铸件落砂后能在高温单相区内快速完成淬火处理。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种镍铝青铜螺旋桨桨毂铸造模型，砂箱、砂型、一体成形淬火工装；

3、所述砂箱外壁对称设有多对吊轴；

4、所述砂型填充在所述砂箱内，其内部开设有铸造腔，以及分布在铸造腔外壁且与铸造腔相连通的多个工艺凸台型腔，所述铸造腔包括由下到上依次连通的浇道、铸件型腔、冒口；

5、所述一体成形淬火工装，包括工装本体和镶嵌柱结构；

6、所述工装本体，埋设在所述砂型内，罩设在铸造腔外部；

7、所述镶嵌柱结构为多个，安装在所述工装本体的内表面，且与所述工艺凸台型腔一一对应；它包括沿轴向依次连接的螺杆、紧固及限位挡板、焊合圆柱；所述螺杆与工装本体的内表面螺纹连接；所述紧固及限位挡板的直径大于螺杆和焊合圆柱的直径，所述紧固及限位挡板一侧与工装本体的内表面相连，另一侧与所述工艺凸台型腔相连，用于传递扭矩和轴向限位；所述焊合圆柱的表面镀镍，穿设在所述工艺凸台型腔内，用于当铸件凝固后与铸件焊合固定。

8、更进一步的，所述工装本体包括顶部结构层和约束腿；

9、所述约束腿为多个，沿所述顶部结构层底面的边缘呈第一圆周阵列排布，且与所述顶部结构层的底面垂直连接；

10、所述螺杆与顶部结构层或约束腿螺纹连接；所述紧固及限位挡板靠近螺杆的一侧与顶部结构层或约束腿相连。

11、更进一步的，所述工装本体还包括吊环，所述吊环与顶部结构层的顶面中心相连。

12、更进一步的，所述顶部结构层和所述约束腿之间，通过氩弧焊或激光焊工艺焊接成形。

13、更进一步的，所述顶部结构层为十字横梁，所述约束腿为矩形柱共4个，一一对应连接在十字横梁的端部。

14、更进一步的，所述镶嵌柱结构共16个，包括位于十字横梁底面呈第二圆周阵列排布的4个，以及与约束腿一一对应，分别呈第三圆周阵列排布的4个，第四圆周阵列排布的4个，第五圆周阵列排布的4个；所述第三圆周阵列、第四圆周阵列、第五圆周阵列的分度圆平行对齐、大小相等，且沿所述约束腿的长度方向依次排布。

15、更进一步的，所述紧固及限位挡板为正六角形。

16、更进一步的，所述浇道包括直浇道、横浇道、内浇道，所述直浇道开设于所述砂型的底部中心位置，所述横浇道为以直浇道的顶端为中心呈放射状排布的多条，所述横浇道的汇聚端与直浇道相连通，所述内浇道为竖直排布的多条，底端一一对应与横浇道的发散端相连通，顶端与铸件型腔相连通。

17、更进一步的，所述吊轴为3对；所述横浇道为8条。

18、所述的一种镍铝青铜螺旋桨桨毂铸造模型，还包括埋设在所述砂型内，且与所述铸造腔相连的测温热电偶补偿导线和浇注充型信号线。

19、与现有技术相比，本发明所述的一种镍铝青铜螺旋桨桨毂铸造模型的有益效果是：

20、1、本发明可根据铸件尺寸结构、重量、差压浇注特点，设计内部设有镶嵌柱结构的一体成形淬火工装，所述镶嵌柱结构包括沿轴向依次连接的螺杆、紧固及限位挡板、焊合圆柱，所述焊合圆柱表面镀镍，用于防止表面锈蚀，避免与浇注铜液发生反应影响铸件质量，以及利用镍与铜互为固溶体的特性，使铸件凝固后铜与镍界面形成稳定的固溶体；在砂型设计时，在浇道、铸件型腔、冒口的相应位置开设工艺凸台型腔；造型时将一体成形淬火工装预埋入砂型内，使得焊合圆柱呈悬臂状态，一一对应穿设在工艺凸台型腔内，铸件凝固后，可利用的余热在高于930℃时直接进行淬火处理避免γ2相析出，提高铸件的综合性能。

21、2、本发明所述镶嵌柱结构包括沿轴向依次连接的螺杆、紧固及限位挡板、焊合圆柱。铸件淬火处理后，切割焊合圆柱，将工装与铸件分开，再通过紧固及限位挡板将残余的镶嵌柱结构全部拆出，后续使用一体成形淬火工装时，重新装入新的镶嵌柱结构，实现一体成形淬火工装本体的重复利用。

1.一种镍铝青铜螺旋桨桨毂铸造模型，其特征在于，包括砂箱(5)、砂型(6)、一体成形淬火工装；

2.根据权利要求1所述的一种镍铝青铜螺旋桨桨毂铸造模型，其特征在于，所述工装本体包括顶部结构层(2)和约束腿(3)；

3.根据权利要求2所述的一种镍铝青铜螺旋桨桨毂铸造模型，其特征在于，所述工装本体还包括吊环(1)，所述吊环(1)与顶部结构层(2)的顶面中心相连。

4.根据权利要求2所述的一种镍铝青铜螺旋桨桨毂铸造模型，其特征在于，所述顶部结构层(2)和所述约束腿(3)之间，通过氩弧焊或激光焊工艺焊接成形。

5.根据权利要求2所述的一种镍铝青铜螺旋桨桨毂铸造模型，其特征在于，所述顶部结构层(2)为十字横梁，所述约束腿(3)为矩形柱共4个，一一对应连接在十字横梁的端部。

6.根据权利要求5所述的一种镍铝青铜螺旋桨桨毂铸造模型，其特征在于，所述镶嵌柱结构(4)共16个，包括位于十字横梁底面呈第二圆周阵列排布的4个，以及与约束腿(3)一一对应，分别呈第三圆周阵列排布的4个，第四圆周阵列排布的4个，第五圆周阵列排布的4个；所述第三圆周阵列、第四圆周阵列、第五圆周阵列的分度圆平行对齐、大小相等，且沿所述约束腿(3)的长度方向依次排布。

7.根据权利要求1所述的一种镍铝青铜螺旋桨桨毂铸造模型，其特征在于，所述紧固及限位挡板(42)为正六角形。

8.根据权利要求1所述的一种镍铝青铜螺旋桨桨毂铸造模型，其特征在于，所述浇道(61)包括直浇道(611)、横浇道(612)、内浇道(613)，所述直浇道(611)开设于所述砂型(6)的底部中心位置，所述横浇道(612)为以直浇道(611)的顶端为中心呈放射状排布的多条，所述横浇道(612)的汇聚端与直浇道(611)相连通，所述内浇道(613)为竖直排布的多条，底端一一对应与横浇道(612)的发散端相连通，顶端与铸件型腔(62)相连通。

9.根据权利要求8所述的一种镍铝青铜螺旋桨桨毂铸造模型，其特征在于，所述吊轴(51)为3对；所述横浇道为8条。

10.根据权利要求1所述的一种镍铝青铜螺旋桨桨毂铸造模型，其特征在于，还包括埋设在所述砂型(6)内，且与所述铸造腔相连的测温热电偶补偿导线(7)和浇注充型信号线(8)。