專利名稱：連續(xù)冷坩堝定向凝固鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定向凝固鑄造方法。
背景技術(shù)：
隨著航空、航天和能源等工業(yè)的蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)材料與材料加工技術(shù)已經(jīng)不能滿足需求，對新型材料與新型材料加工技術(shù)的重視程度日益提高。其中減輕發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)零部件的自重和提高發(fā)動機(jī)燃燒溫度是提高效率的有效途徑。目前高溫部件普遍采用鎳基高溫合金和鈦合金材料，鈦合金的使用溫度達(dá)到600° C，鎳基高溫合金的工作溫度接近1100°C。然而鎳基高溫合金密度大，而高溫下鈦合金的抗氧化性差，因此尋找一種輕質(zhì)、耐高溫和可靠性高的新型合金成為突破目前高溫部件制造用材料的重要途徑之一。近年來有關(guān)金屬間化合物合金的研究越來越引起國內(nèi)外的重視，其具有一般金屬和合金所沒有的高比強(qiáng)度、高比剛度，以及良好的抗高溫氧化性、抗蠕變性和抗氫脆、抗燃燒等特性。其中鈦鋁合金由于具有高比強(qiáng)、高比剛、耐高溫以及優(yōu)異的抗氧化性，可滿足7500C -8500C的耐熱使用溫度，是高性能發(fā)動機(jī)耐熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)秀候選金屬間化合物合金之一。特別是采用定向凝固技術(shù)制備的鈦鋁合金，由于消除了與受力主應(yīng)力方向相垂直的橫向晶界，可極大地提高鈦鋁合金的機(jī)械性能以及提高耐熱使用溫度近100°C，是一種非常具有應(yīng)用價值的新型合金。對鈦鋁合金進(jìn)行定向凝固時，采用電磁冷坩堝定向凝固技術(shù)具有十分顯著的優(yōu)越性，但是，冷坩堝定向凝固技術(shù)始終存在著難以成形結(jié)構(gòu)復(fù)雜鑄件的問題，這極大地影響著這種定向凝固技術(shù)的實際應(yīng)用。但將冷坩堝的連續(xù)熔化和金屬液的連續(xù)充填功能與陶瓷模殼精密鑄造相結(jié)合，在定向凝固時將石墨發(fā)熱體設(shè)置于模殼外面，再于石墨發(fā)熱體外面設(shè)置感應(yīng)線圈，最終對模殼內(nèi)的合金熔體起到加熱保溫作用。然而對于感應(yīng)線圈所施加的電流、石墨發(fā)熱體的半徑以及石墨感應(yīng)加熱的穩(wěn)態(tài)溫度二者之間的關(guān)系尚不明確，因此，若能明確其中關(guān)系將對于此類合金鑄件的定向凝固產(chǎn)生良好的推動效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于鈦鋁合金的連續(xù)冷坩堝定向凝固鑄造方法，可較好地解決成形復(fù)雜鑄件的問題，同時明確感應(yīng)線圈所施加的電流、石墨發(fā)熱體的半徑以及石墨感應(yīng)加熱的穩(wěn)態(tài)溫度三者的關(guān)系，對于定向凝固鑄造方法的研究具有積極的效果。所述目的是通過如下方案實現(xiàn)的—種連續(xù)冷坩堝定向凝固鑄造方法，將電磁冷坩堝定向凝固裝置中的水冷銅坩堝置于封閉的爐體內(nèi)，水冷銅坩堝外設(shè)置有電磁感應(yīng)線圈，棒料的下端部伸在水冷銅坩堝中，盛裝有冷卻劑材料的結(jié)晶器置于水冷銅坩堝的正下方，結(jié)晶器內(nèi)設(shè)置有下抽拉桿，其特征在于所述下抽拉桿上端固定有模殼，所述模殼外面設(shè)置有高55 65mm,外徑55 65mm,內(nèi)徑40 50mm的圓環(huán)狀石墨發(fā)熱體,所述石墨發(fā)熱體外面包裹有隔熱保溫層，所述隔熱保溫層外面設(shè)置有感應(yīng)線圈，所述石墨感應(yīng)加熱穩(wěn)態(tài)溫度通過以下公式進(jìn)行確定
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)冷坩堝定向凝固鑄造方法，其特征在于將電磁冷坩堝定向凝固裝置中的水冷銅坩堝置于封閉的爐體內(nèi)，水冷銅坩堝外設(shè)置有電磁感應(yīng)線圈，棒料的下端部伸在水冷銅坩堝中，盛裝有冷卻劑材料的結(jié)晶器置于水冷銅坩堝的正下方，結(jié)晶器內(nèi)設(shè)置有下抽拉桿，其特征在于所述下抽拉桿上端固定有模殼，所述模殼外面設(shè)置有高55 65mm,夕卜徑55 65mm,內(nèi)徑40 50mm的圓環(huán)狀石墨發(fā)熱體,所述石墨發(fā)熱體外面包裹有隔熱保溫層，所述隔熱保溫層外面設(shè)置有感應(yīng)線圈，所述石墨感應(yīng)加熱穩(wěn)態(tài)溫度通過以下公式進(jìn)行確定:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)冷坩堝定向凝固鑄造方法，其特征在于所述棒料為鈦鋁合金棒料，線圈輸入電流150A，電源輸出功率為45 55kW，上送料速度為lmm/min，下抽拉桿的抽拉速度為1. 6 1. 9mm/min,保溫時間12 18min,抽拉距離60 80mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)冷坩堝定向凝固鑄造方法，其特征在于感應(yīng)線圈采用外徑9. 5 10. 5mm、內(nèi)徑5. 5 6. 5mm的銅管制成,銅管外面包裹環(huán)氧樹脂和聚四氟乙烯帶，采用所述銅管繞制成直徑為134 140mm的線圈4匝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)冷坩堝定向凝固鑄造方法，其特征在于所述模殼為上下通透的環(huán)狀型殼，環(huán)狀型殼的下端邊緣通過連接桿固定于下抽拉桿上，位于下抽拉桿上端的環(huán)狀型殼內(nèi)預(yù)先設(shè)置了底料。
全文摘要
一種連續(xù)冷坩堝定向凝固鑄造方法，將電磁冷坩堝定向凝固裝置中的水冷銅坩堝置于封閉的爐體內(nèi)，水冷銅坩堝外設(shè)置有電磁感應(yīng)線圈，棒料的下端部伸在水冷銅坩堝中，盛裝有冷卻劑材料的結(jié)晶器置于水冷銅坩堝的正下方，結(jié)晶器內(nèi)設(shè)置有下抽拉桿，下抽拉桿上端固定有模殼，所述模殼外面設(shè)置有高55～65mm，外徑55～65mm，內(nèi)徑40～50mm的圓環(huán)狀石墨發(fā)熱體，所述石墨發(fā)熱體外面包裹有隔熱保溫層，所述隔熱保溫層外面設(shè)置有感應(yīng)線圈，所述石墨感應(yīng)加熱穩(wěn)態(tài)溫度通過以下公式進(jìn)行確定其中I為輸入電流，r為線圈半徑，ε為0.9，a為經(jīng)驗參數(shù)2816681。本發(fā)明提供了輸出電流與石墨熱力學(xué)溫度之間的關(guān)系，為在實際使用中便捷控制工藝參數(shù)提供了依據(jù)。
文檔編號B22D27/02GK103008624SQ20121058369
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者丁宏升, 張海龍, 王永喆, 李明亮, 李建崇, 劉晨光, 南海 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)