[發明專利]鈦基非晶復合材料熔煉鑄造方法及鑄造裝置

有效

• 申請號: 201410070030.X
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103834822A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 王軍;寇宏超;李金山;李力源;張鐵邦;唐斌;胡銳;薛祥義
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;B22D1/00;B22D18/06;B22D2/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

1.一種鈦基非晶復合材料熔煉鑄造方法，其特征在于，具體過程為：

步驟1，合金母錠熔煉：將純度大于99.9%的Ti、Zr、Nb、Cu、Be在氬氣保護下，通過電弧熔煉爐分兩步進行熔煉：

第一步，熔煉TiZrNb合金錠：采用常規方法將高熔點的Ti、Zr、Nb熔煉成TiZrNb熔液；使所述TiZrNb熔液冷卻凝固成為TiZrNb合金錠；

第二步，熔煉非晶復合材料合金母錠：采用常規方法將Cu和Be放置在經過反復熔煉后的TiZrNb合金錠上；對該TiZrNb合金錠和放置在該TiZrNb合金錠上的Cu和Be進行熔煉，得到Ti₄₆Zr₂₀Nb₁₂Cu₅Be₁₇的非晶復合材料合金溶液；所述的非晶復合材料合金溶液冷卻凝固成為非晶復合材料合金母錠；所述電磁攪拌電流為10mA；熔煉中，電弧熔煉爐中充入0.5個大氣壓的氬氣；所述熔煉TiZrNb合金錠時，電流為450A，熔煉時間均為5min；所述熔煉非晶復合材料合金錠時，電流為400A，熔煉時間均為5min；

步驟2，洗爐：將得到的非晶復合材料合金母錠放入水冷銅坩堝噴/吸鑄裝置的水冷銅坩堝內，采用常規方法洗爐：將水冷銅坩堝噴/吸鑄裝置腔體內的氣壓抽到4Pa后，向腔體內充入Ar氣使腔體內氣壓達到1×10⁴Pa，并重復多次所述抽真空→充Ar氣的洗爐過程；

完成上述洗爐后，向水冷銅坩堝噴/吸鑄裝置內充入Ar氣至1.1個大氣壓，使得腔體內氣壓略高于水冷銅坩堝噴/吸鑄裝置腔體外的氣壓；

步驟3，溶質處理：采用感應電源對水冷銅坩堝噴/吸鑄裝置內的非晶復合材料合金母錠進行加熱：通過移動升降臺的位置使所述感應線圈套裝在所述水冷銅坩堝外圓周表面，并且所述感應線圈與所述水冷銅坩堝外圓周表面之間的間距為5～10mm，所述感應線圈底端端面矩水冷銅坩堝底端端面之間的距離為15～20mm；

加熱時電源輸出頻率為140KHz；所述感應電源的輸入頻率為50～60Hz，輸入電壓為380V，振蕩頻率為15～30KHz，輸入電流為105A，輸入功率為65KW，冷卻水溫為10～45℃，冷卻水壓為0.15～0.3MPa；

加熱時，將輸出電流開到最大值55A，使合金母錠在水冷銅坩堝中感應磁場的懸浮力作用下處于懸浮狀態并開始融化；當合金母錠開始融化時，在0.5min內將電源輸出電流勻速降至50A，使水冷銅坩堝內合金母錠的溫度為1000～1200℃并保持0.5～5min；得到經過溶質處理的非晶復合材料合金溶液；

步驟4，吸鑄：利用水冷銅坩堝噴/吸鑄裝置腔體內與吸鑄管道之間的壓強差，對經過溶質處理的非晶復合材料合金溶液進行吸鑄；吸鑄時，吸鑄管內的氣壓為4Pa；減小加熱電源輸出電流到30A，使得所述非晶復合材料合金溶液與坩堝底部接觸；打開水冷銅坩堝噴/吸鑄裝置中機械泵的電磁閥開關，同時立刻關閉加熱電源，利用腔體和吸鑄管內10⁵MPa的氣壓差將合金熔體通過坩堝底部直徑為8mm的吸鑄孔吸鑄到位于坩堝下方的銅模中，得到非晶復合材料合金棒材；

步驟5，拆卸模具取樣。

2.一種用于權利要求1所述鈦基非晶復合材料熔煉鑄造方法的鑄造裝置，其特征在于，包括水冷系統、水冷銅坩堝、鑄造模具、底座和模具座；所述水冷系統包括冷卻水盒和多個由出水管嵌套在進水管內組成的冷卻水管；所述冷卻水盒安裝在石英罩的頂端，各冷卻水管下端的進水管的端口分別固定在水冷銅坩堝上端面的冷卻水孔口，各冷卻水管下端的出水管插入水冷銅坩堝上端面的冷卻水孔內；水冷銅坩堝和鑄造模具均位于所述石英罩內，并且所述水冷銅坩堝的下端端面與鑄造模具的上端端面接合；所述石英罩的下端安放在底座上，所述鑄造模具的下端安放在模具座上并密封；底座套裝并固定在模具座上；頂蓋位于冷卻水盒的頂端；頂蓋與底座之間通過螺桿固連；線圈套裝在石英罩的外殼上，并與位于石英罩內的水冷銅坩堝的位置對應；所述冷卻水管的數量與水冷銅坩堝瓣的數量相同。