本發明涉及鑄造模具技術，特別是涉及制備可水降解鋁合金用雙金屬水冷鑄造模具技術。

背景技術：

隨著油田開采技術的日益進步，壓裂技術得到了越來越多的應用。在傳統壓裂工藝中，投球滑套所使用的密封球有鋼球和復合球兩種。在壓裂過程中，往往會發生球座卡球引起壓裂液和油氣流不暢的現象。為解決這一難題，研制出了可水降解的高強度鋁合金材料。由于油田壓裂技術對此種材料有特殊要求，如高強度、易水解、水解速率與水溫相關等特性。因此，可水降解高強度鋁合金材料的熔煉制備成為油田壓裂技術工程化的關鍵問題。基于此，開發一種用于可水降解鋁合金材料的鑄造模具就顯得尤為重要和緊迫。

經查閱文獻，中國專利號CN 103143679A，一種制備超磁致伸縮合金圓盤的強冷鑄造銅模具。這種模具結構包括端蓋和底模，底模外圈設有環形凹槽，凹槽內放置Ga-In-Sn合金冷卻液，端蓋卡在底模上可更換，能夠實現兩種澆鑄方式的冷卻，即坩堝澆鑄和石英管澆鑄。但此種模具的缺陷在于冷卻液是靜置于凹槽內的，不適用于工業化生產中的連續澆鑄，因不能及時帶走熱量，以至其冷卻效果不佳，同時這種特制冷卻液的成本高，無法適用大規模批量化的生產。

進一步檢索文獻發現，中國專利號CN 201644708U，一種用于含Ti的Sn基合金熔煉的澆注模具。這種模具結構包括水冷銅模主體和水冷銅模底座，水冷銅模主體上端放置石墨澆注冒口，主體內底面和下端內壁分別設有石墨墊圈和石墨環，水冷銅模主體的下端和上端分別設置進水口和出水口，與水冷空腔形成循環水路，提高了模具的冷卻能力。但循環水路對結構的密封性要求很高，同時由于冷卻系統水流量不可控，使金屬液的冷卻速度不可控，以致鑄件內部組織和外觀形貌不能滿足使用要求。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種制備可水降解鋁合金用雙金屬水冷鑄造模具。

本發明是制備可水降解鋁合金用雙金屬水冷鑄造模具，包括內鑄模型腔4、鑄模外金屬3、進水流量調節閥5和出水流量調節閥6，金屬環2通過焊接或過盈配合與內鑄模型腔4、鑄模外金屬3實現密封連接構成環形水冷腔體1；在鑄模外金屬3的上端和鑄模外金屬3的下端分別設有與環形水冷腔體1連通的出水流量調節閥6和進水流量調節閥5，水流速和水流量能夠通過進水流量調節閥5、出水流量調節閥6控制，內鑄模型腔4上開設一上端鑄模倒角α，內鑄模型腔4相對于垂直面向外有一傾斜角β。

本發明的有益效果是：本發明針對油田壓裂過程的壓裂球用可水降解鋁合金材料，采用雙金屬解決水冷模具中循環水路的密封連接問題，同時實現對鑄件冷卻速度的可控，優化鑄件微觀組織以得到良好力學性能的鑄件，并減少鑄件凝固過程受鑄模型腔阻礙而產生的內應力導致的鑄造裂紋，提高鑄件表面質量并延長模具使用壽命。且該發明使鑄件脫模容易縮短鑄造周期，降低制造成本并提高生產效率。

附圖說明

圖1是本發明制備可水降解鋁合金用雙金屬水冷鑄造模具的主體剖視圖，圖2是俯視圖；圖3為壓裂球在50℃水中的溶解曲線，附圖標記及對應名稱為：環形水冷腔體1，金屬環2，鑄模外金屬3，內鑄模型腔4，進水流量調節閥5，出水流量調節閥6，上端鑄模倒角α，傾斜角β。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，本發明是制備可水降解鋁合金用雙金屬水冷鑄造模具，包括內鑄模型腔4、鑄模外金屬3、進水流量調節閥5和出水流量調節閥6，金屬環2通過焊接或過盈配合與內鑄模型腔4、鑄模外金屬3實現密封連接構成環形水冷腔體1；在鑄模外金屬3的上端和鑄模外金屬3的下端分別設有與環形水冷腔體1連通的出水流量調節閥6和進水流量調節閥5，水流速和水流量能夠通過進水流量調節閥5、出水流量調節閥6控制，內鑄模型腔4上開設一上端鑄模倒角α，內鑄模型腔4相對于垂直面向外有一傾斜角β。

如圖1所示，內鑄模型腔4為上大下小的圓錐臺形且相對于垂直面向外的傾斜角β為1°～3°。

如圖1所示，內鑄模型腔4的上端鑄模倒角α為25°～35°。

金屬環2的材料為紫銅或黃銅，內鑄模型腔4和鑄模外金屬3的材料為不銹鋼，或者碳素鋼，或者合金鋼。

實施例1：制備可水降解鋁合金用雙金屬水冷鑄造模具，其結構包括：內鑄模型腔4、鑄模外金屬3、環形水冷腔體1、連接部位的金屬環2、進水流量調節閥5和出水流量調節閥6。工作時，將模具放置在金屬鐵塊（厚度大于10mm）墊片上，并固定好，在進水口和出水口上連接管道，與自來水接通，其次將熔化好的金屬液體澆注于內鑄模型腔4內，澆注的同時根據鑄件結晶所要求的最佳冷卻速度來調節閥門5、6的檔位，控制水流速和水流量，從而來調節冷卻速度，以達到最佳結晶溫度要求，獲得組織細小和性能良好的鑄件。澆鑄完畢后，將模具倒置，鑄件會在自重的作用下脫模，不會出現粘壁等現象，鑄件表面光滑，且由于冷卻系統的存在，鑄件溫度快速達到室溫，避免了燙傷。現以某成分可水降解鋁合金材料為例，重復上述步驟，調節閥門檔位，經多次實驗驗證，當水速達到1.0～1.3m/s，水流量達到10～13L/s時，得到的鑄件組織和性能最佳。

實施例2：根據說明書對本發明形狀、材質及細節等方面的描述，制造出符合要求、具有一定尺寸的雙金屬水冷鑄造模具。其具體尺寸為：模具高度H=330mm，模具外徑D=140mm，圓錐臺上端內徑d1=100mm，圓錐臺下端內徑d1=90mm，圓錐臺傾角β=1°。

實施例3：根據說明書對本發明形狀、材質及細節等方面的描述，制造出符合要求、具有一定尺寸的雙金屬水冷鑄造模具。其具體尺寸為：模具高度H=330mm，模具外徑D=140mm，圓錐臺上端內徑d1=59.34mm，圓錐臺下端內徑d1=49.18mm，圓錐臺傾角β=2°。

實施例4：本發明制備的可水降解鋁合金材料要求具有高強度、易水解、同時水解速率與水溫有關等特性。重復實施例1的過程，將鋁、鎂、鎵、錫等元素按一定比例混合，并在熔煉過程中按重量比加入一定量的稀土元素和鋁合金晶粒細化劑，澆注時水速控制為1.1m/s，水流量為11L/s時，得到的可水降解鋁合金材料，將其加工成直徑為45mm的壓裂球。測量水溫為50℃時該壓裂球在水中的降解速率，如圖3所示。

以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。