[發(fā)明專利]一種電磁冷坩堝復(fù)合陶瓷鑄型的定向凝固方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811366759.6
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109226667B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁宏升;張海龍;黃海濤;王強(qiáng);陳瑞潤;郭景杰;傅恒志
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B22C3/00
• 分類號: B22C3/00;B22C7/02;B22D27/02;B22D27/04
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務(wù)所(普通合伙) 23209
• 代理人: 劉坤

本發(fā)明屬于合金制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電磁冷坩堝復(fù)合陶瓷鑄型的定向凝固方法，具體步驟為：將合金母錠切割后固定于根據(jù)構(gòu)件形狀自制的Y₂O₃陶瓷鑄型內(nèi)并置于電磁冷坩堝腔體中；鑄件下端浸入液態(tài)金屬冷卻液中；將定向凝固裝置抽真空后返充氬氣；利用電磁感應(yīng)將合金母錠加熱至熔化后在一定溫度下以一定速度向下抽拉鑄型，當(dāng)抽拉距離達(dá)到要求時，停止抽拉和加熱，降溫后即得合金定向凝固構(gòu)件。本發(fā)明提供的定向凝固方法在滿足構(gòu)件形狀要求的同時，能夠降低鑄型與合金熔體，尤其是高活性合金熔體的反應(yīng)，減少鑄型造成的污染；還可以縮短過渡區(qū)長度，細(xì)化合金的柱狀晶和片層結(jié)構(gòu)，改善合金顯微組織，顯著提升合金構(gòu)件的力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電磁冷坩堝復(fù)合陶瓷鑄型的定向凝固方法。

背景技術(shù)

TiAl基合金是目前最具有發(fā)展前景的一種金屬間化合物。隨著航空事業(yè)的快速發(fā)展，輕質(zhì)快速是航空兩個重要的參數(shù)和指標(biāo)。與傳統(tǒng)的Ti合金相比，TiAl基合金具有優(yōu)良的高溫性能和低的密度，因而，這種合金將會有取代Ti合金的趨勢和前景。TiAl基合金的出現(xiàn)彌補(bǔ)了650～850℃用高溫材料的空缺，又具有較高的比強(qiáng)度，促進(jìn)了其在航空發(fā)動機(jī)葉片中應(yīng)用和發(fā)展的趨勢。

類似于高溫合金的定向凝固技術(shù)，如果將TiAl基合金的凝固組織相應(yīng)地調(diào)整為定向排列的組織結(jié)構(gòu)，可以使合金的高溫使用性能得到進(jìn)一步的提高和改善。同時，定向凝固技術(shù)是航空高溫構(gòu)件制備的必須手段。

陶瓷鑄型定向凝固是最為常見的一種制備定向凝固TiAl基合金的方法。其主要原理是采用電阻等間接加熱方式將鑄型內(nèi)的TiAl基合金加熱熔化，然后通過控制熱流方向進(jìn)而保證試樣順序凝固，最終獲得柱狀晶組織。該方法優(yōu)勢包括可以制備復(fù)雜形狀的定向凝固試樣，其裝置也簡易，然而由于TiAl基合金熔體化學(xué)活性較高，加之定向凝固過程時間較長，會存在比較嚴(yán)重的合金/鑄型界面反應(yīng)，導(dǎo)致TiAl基合金中氧含量升高、合金性能下降。

發(fā)明內(nèi)容

為解決合金熔體與鑄型界面反應(yīng)嚴(yán)重導(dǎo)致TiAl基合金中氧含量升高、合金性能下降的問題，本發(fā)明提供了一種電磁冷坩堝復(fù)合陶瓷鑄型的定向凝固方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種電磁冷坩堝復(fù)合陶瓷鑄型的定向凝固方法，步驟如下：

步驟一、制備陶瓷鑄型：

(1)模具制備：根據(jù)定向凝固構(gòu)件形狀制備內(nèi)腔與定向凝固構(gòu)件形狀一致的鋁模具，利用該模具澆注蠟?zāi)＃?/p>

(2)溶膠配制：將釔溶膠與Y₂O₃細(xì)粉以一定質(zhì)量比混合在一起，攪拌至成為白色均勻膠體為止；

(3)面層制備：采用機(jī)械和人工法將一層釔溶膠、一層面層Y₂O₃粉均勻涂在蠟?zāi)Ｍ獗砻妫谝欢囟群蜐穸认逻M(jìn)行干燥，晾干后重復(fù)上述步驟10次；

(4)背層添加：面層穩(wěn)定干燥后，采用機(jī)械和人工法將一層釔溶膠、一層背層Y₂O₃粗粉均勻涂在面層外表面，在一定溫度和濕度下進(jìn)行干燥，晾干并重復(fù)上述步驟5次；

(5)脫蠟：將步驟(4)所得模型置于一定溫度下保溫至模型殼體內(nèi)蠟?zāi)Ｈ肯В?/p>

(6)燒結(jié)：脫蠟后模型以一定的燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)，冷卻后獲得陶瓷鑄型；

步驟二、定向凝固：

合金母錠切割后固定放置于步驟一制備的鑄型內(nèi)，將合金母錠和鑄型放入電磁冷坩堝腔體內(nèi)，鑄型的下端浸入液態(tài)金屬Ga-In冷卻液中；將定向凝固裝置抽真空后返充氬氣；對電磁冷坩堝內(nèi)的合金母錠進(jìn)行電磁感應(yīng)加熱，使合金母錠熔化后保溫一定時間；在一定溫度下以一定的速度向下抽拉鑄型，當(dāng)抽拉距離達(dá)到長度要求時，停止抽拉和加熱，降溫后即得定向凝固合金構(gòu)件。