[發(fā)明專(zhuān)利]制備TiAl基合金方坯的一種定向凝固裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710072716.2
• 申請(qǐng)日: 2007-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101112716A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁宏升;陳瑞潤(rùn);郭景杰;畢維生;傅恒志
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B22D11/10
• 分類(lèi)號(hào): B22D11/10;B22D11/049;F27B14/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備TiAl基合金坯的定向凝固裝置。

背景技術(shù)

對(duì)于工作溫度低于900℃的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片而言，目前已經(jīng)開(kāi)始用TiAl基合金研制先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓渦輪葉片或者高壓壓氣機(jī)葉片，這不但提高了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的工作溫度，獲得了高的燃燒效率，而且減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)的自身重量，降低了旋轉(zhuǎn)工作時(shí)高強(qiáng)度離心力所帶來(lái)的高應(yīng)力，還減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)支撐件的重量，提高了零部件的整體工作壽命。

但是TiAl基合金的機(jī)械加工比較困難，成本較高。為了降低加工成本，節(jié)省大量的加工工時(shí)，目前TiAl基合金采用的主要加工成形工藝路線包括變形加工、鑄造成形和粉末冶金成型等，但合金在鑄造時(shí)容易產(chǎn)生收縮和孔洞等缺陷，不能保證其在重要部位的使用性能；粉末冶金還不易控制其氧、氮等間隙元素的含量，且抗蠕變性能差；變形加工后合金的綜合力學(xué)性能匹配差，高溫變形不均勻，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶不完全，表現(xiàn)出明顯的力學(xué)各向異性。因此如何能達(dá)到TiAl基合金高性能化的加工要求，對(duì)其在航空航天等工業(yè)上的應(yīng)用具有重要意義。

已授權(quán)的專(zhuān)利號(hào)為ZL200410043791的《鈦基合金的水冷電磁銅型定向凝固方法》專(zhuān)利，公開(kāi)了一種金屬定向凝固方法。它具有冷卻速率均勻、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)和流程短等優(yōu)點(diǎn)，尤其是在適當(dāng)控制傳熱和傳質(zhì)及流動(dòng)的加工條件下可以有目的調(diào)整構(gòu)件的組織形態(tài)，減少了加工缺陷，有利于提高合金的綜合力學(xué)性能。但該方法加工出的是圓柱形坯件，為了減少零件的加工流程，為后續(xù)的零件加工提供近乎于最終尺度的坯件，需要橫截面為正方形的TiAl基合金方坯，但現(xiàn)有技術(shù)還無(wú)法做到。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供制備TiAl基合金方坯的一種定向凝固裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法制造橫截面為正方形的TiAl基合金方坯的問(wèn)題。它包括封閉的爐體22、送料桿21、水冷銅坩堝12、結(jié)晶器6、移料桿4、感應(yīng)線圈11、冷卻劑材料7、母料棒14和終料棒8，位于爐體22內(nèi)的母料棒14的上端部固定在送料桿21的下端部上，母料棒14的下端部伸在水冷銅坩堝12中，終料棒8設(shè)置在水冷銅坩堝12下方的結(jié)晶器6內(nèi)且終料棒8與結(jié)晶器6之間涂敷有冷卻劑材料7，移料桿4承接在終料棒8的下端，水冷銅坩堝12的外部環(huán)繞有感應(yīng)線圈11用于激發(fā)交變磁場(chǎng)并通過(guò)水冷銅坩堝12向其內(nèi)部擴(kuò)散從而產(chǎn)生加工過(guò)程所需要的熱區(qū)23，所述水冷銅坩堝12內(nèi)腔的水平橫截面為正方形，正方形的任意兩條邊之間設(shè)置為圓角過(guò)渡。

本發(fā)明的工作過(guò)程如下：把母料棒14和終料棒8送入感應(yīng)線圈11的感應(yīng)范圍內(nèi)，感應(yīng)線圈11通電加熱伸入其內(nèi)的母料棒14和終料棒8至熔化，電磁力保持熔化后的液體形狀為水冷銅坩堝12的截面形狀并堆積在終料棒8上，母料棒14和終料棒8始終勻速向下運(yùn)動(dòng)，熔化后的液體逐漸凝固，進(jìn)入設(shè)置在其下方的結(jié)晶器6內(nèi)最終結(jié)晶后形成TiAl基合金方坯。本發(fā)明針對(duì)TiAl基合金，在水冷銅坩堝12中通過(guò)電磁連續(xù)約束成形與定向凝固后成為方形坯料。本發(fā)明利用方形水冷銅坩堝12制造TiAl基方形坯料，解決了現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法制造橫截面為正方形的TiAl基合金方坯的問(wèn)題。坩堝拐角部分曲率半徑是影響方形坯料均勻熔化和約束的重要因素。因?yàn)樵谡麄€(gè)正方形區(qū)域內(nèi)電磁場(chǎng)分布是不均勻的，尤其在拐角部分是被屏蔽的，該處被熔鑄材料的溫度較低，電磁約束力弱，不利于被熔鑄材料的質(zhì)量。所以在拐角部分設(shè)置為圓角過(guò)渡。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是水冷銅坩堝12與感應(yīng)線圈11的位置關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是水冷銅坩堝12的俯視圖，圖4是圖3的A-A剖視圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：下面結(jié)合圖1具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式由封閉的爐體22、送料桿21、水冷銅坩堝12、結(jié)晶器6、移料桿4、感應(yīng)線圈11、冷卻劑材料7、母料棒14和終料棒8組成，位于爐體22內(nèi)的母料棒14的上端部固定在送料桿21的下端部上，母料棒14的下端部伸在水冷銅坩堝12中，終料棒8設(shè)置在水冷銅坩堝12下方的結(jié)晶器6內(nèi)且終料棒8與結(jié)晶器6之間填充有冷卻劑材料7，移料桿4承接在終料棒8的下端，水冷銅坩堝12的外部環(huán)繞有感應(yīng)線圈11用于激發(fā)交變磁場(chǎng)并通過(guò)水冷銅坩堝12向其內(nèi)部擴(kuò)散從而產(chǎn)生加工過(guò)程所需要的熱區(qū)23，所述水冷銅坩堝12內(nèi)腔的水平橫截面為正方形，正方形的任意兩條邊之間設(shè)置為圓角過(guò)渡。

圓角過(guò)渡處的曲率半徑為