制备ＴｉＡｌ基合金方坯的一种定向凝固装置，本发明专利技术涉及一种制备ＴｉＡｌ基合金坯的定向凝固装置。它解决了现有技术无法制造横截面为正方形的ＴｉＡｌ基合金方坯的问题。它包括封闭的炉体、炉体内的母料棒的上端部固定在送料杆的下端部上，母料棒的下端部伸在水冷铜坩埚内，终料棒设置在水冷铜坩埚下方的结晶器内且终料棒与结晶器之间填充有冷却剂材料，移料杆承接在终料棒的下端，水冷铜坩埚的外部环绕有感应线圈用于激发交变磁场并通过水冷铜坩埚向其内部扩散从而产生加工过程所需要的热区，所述水冷铜坩埚内腔的水平横截面为正方形，正方形的任意两条边之间设置为圆角过渡。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种制备TiAl基合金坯的定向凝固装置。技术背景对于工作温度低于90(TC的发动机叶片而言，目前已经开始用TiAl基合金 研制先进航空发动机的低压涡轮叶片或者高压压气机叶片，这不但提高了发动 机燃烧室的工作温度，获得了高的燃烧效率，而且减轻了发动机的自身重量， 降低了旋转工作时高强度离心力所带来的高应力，还减轻了发动机支撑件的重 量，提高了零部件的整体工作寿命。但是TiAl基合金的机械加工比较困难，成本较高。为了降低加工成本，节省 大量的加工工时，目前TiAl基合金采用的主要加工成形工艺路线包括变形加工、 铸造成形和粉末冶金成型等，但合金在铸造时容易产生收縮和孔洞等缺陷，不能 保证其在重要部位的使用性能；粉末冶金还不易控制其氧、氮等间隙元素的含量， 且抗蠕变性能差；变形加工后合金的综合力学性能匹配差，高温变形不均匀，动 态再结晶不完全，表现出明显的力学各向异性。因此如何能达到TiAl基合金高性 能化的加工要求，对其在航空航天等工业上的应用具有重要意义。已授权的专利号为ZL200410043791的《钛基合金的水冷电磁铜型定向凝固方 法》专利，公开了一种金属定向凝固方法。它具有冷却速率均匀、生产效率高、 生产过程连续和流程短等优点，尤其是在适当控制传热和传质及流动的加工条件 下可以有目的调整构件的组织形态，减少了加工缺陷，有利于提高合金的综合力 学性能。但该方法加工出的是圆柱形坯件，为了减少零件的加工流程，为后续 的零件加工提供近乎于最终尺度的坯件，需要横截面为正方形的TiAl基合金方坯， 但现有技术还无法做到。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供制备TiAl基合金方坯的一种定向凝固装置，以解决现有 技术无法制造横截面为正方形的TiAl基合金方坯的问题。它包括封闭的炉体22、 送料杆21、水冷铜坩埚12、结晶器6、移料杆4、感应线圈ll、冷却剂材料7、母料棒14和终料棒8，位于炉体22内的母料棒14的上端部固定在送料杆21的下端部 上，母料棒14的下端部伸在水冷铜坩埚12中，终料棒8设置在水冷铜坩埚12下方 的结晶器6内且终料棒8与结晶器6之间涂敷有冷却剂材料7，移料杆4承接在终料 棒8的下端，水冷铜坩埚12的外部环绕有感应线圈11用于激发交变磁场并通过水 冷铜坩埚12向其内部扩散从而产生加工过程所需要的热区23，所述水冷铜坩埚12内腔的水平横截面为正方形，正方形的任意两条边之间设置为圆角过渡。本专利技术的工作过程如下把母料棒14和终料棒8送入感应线圈11的感应范 围内，感应线圈11通电加热伸入其内的母料棒14和终料棒8至熔化，电磁力 保持熔化后的液体形状为水冷铜坩埚12的截面形状并堆积在终料棒8上，母料 棒14和终料棒8始终匀速向下运动，熔化后的液体逐渐凝固，进入设置在其下 方的结晶器6内最终结晶后形成TiAl基合金方坯。本专利技术针对TiAl基合金，在 水冷铜坩埚12中通过电磁连续约束成形%定向凝固后成为方形坯料。本专利技术 利用方形水冷铜坩埚12制造TiAl基方形坯料，解决了现有技术无法制造横截 面为正方形的TiAl基合金方坯的问题。坩埚拐角部分曲率半径是影响方形坯料 均匀熔化和约束的重要因素。因为在整个正方形区域内电磁场分布是不均匀的， 尤其在拐角部分是被屏蔽的，该处被熔铸材料的温度较低，电磁约束力弱，不 利于被熔铸材料的质量。所以在拐角部分设置为圆角过渡。 附图说明图1是本专利技术的结构示意图，图2是水冷铜坩埚12与感应线圈11的位置 关系结构示意图，图3是水冷铜坩埚12的俯视图，图4是图3的A-A剖视图。具体实施方式具体实施方式一下面结合图l具体说明本实施方式。本实施方式由封闭的 炉体22、送料杆21、水冷铜坩埚12、结晶器6、移料杆4、感应线圈ll、冷却剂材 料7、母料棒M和终料棒8组成，位于炉体22内的母料棒14的上端部固定在送料杆 21的下端部上，母料棒14的下端部伸在水冷铜坩埚12中，终料棒8设置在水冷铜 坩埚12下方的结晶器6内且终料棒8与结晶器6之间填充有冷却剂材料7，移料杆4 承接在终料棒8的下端，水冷铜坩埚12的外部环绕有感应线圈ll用于激发交变磁 场并通过水冷铜坩埚12向其内部扩散从而产生加工过程所需要的热区23，所述水 冷铜坩埚12内腔的水平横截面为正方形，正方形的任意两条边之间设置为圆角过 渡。圆角过渡处的曲率半径为=^^;，式中《。——单位体积被熔铸材料吸收的感应加热功率；i ——曲率半径；仏——单位体积被熔铸材料的磁场强度；s——被熔铸材料电导率；^——电流透入被熔铸材料深度。在具体选取结构参数时可以把水冷铜坩埚12的高度定为U0mm，宽度尺 寸为26mraX26mm，水冷铜坩埚12的壁厚定为15咖，取W的值为6毫米。冷却剂材料7为二元合金液或三元合金液，按质量百分比计，二元合金液为 Ga-24.5。/。和In-75.5。/。；三元合金液为Ga-25。/。、 In-13。/。和Sn-62。/。。冷却剂材料7实 现结晶器6的冷却作用。如图1所示，将炉体22通过螺栓连接，安装在支撑框架5和25上，支撑框架25 呈水平设置并用地脚螺栓连接稳定地固定于地面之上；在炉体22内的底部有两 组循环水通道9，通过密封圈和螺帽螺纹连接的共同作用，可以和水冷铜坩埚12 通过带有法兰的铜管10共同构成水冷铜坩埚12所需的水冷却系统；通过铜管IO 和循环水通道9的连接，还可以对水冷铜坩埚12起到支撑作用。移料杆4的上下运 动依靠固定在底座28上的伺服电机27提供动力，由螺纹杆26带动固定其上的同步 杆3完成；移料杆4的小角度转动可通过固定在底座1上的旋角电机2，调整靠模 角度和靠模形状来完成运动；炉体22的法兰口 15为;l:卢室抽真空和反充保护气体提 供通道，炉体22顶部有观察窗口16，通过密封连接，内部夹持耐高温透明石英 玻璃17可观察炉内加热情况。送料杆21固定在同歩杆20上，在送料速度可调的数 字式伺服电机19的带动下完成送料运动，送料杆21与炉体22之间用动密封连接， 电机19由己经焊接到炉体上的支架18固定；具体实施方式二下面结合图2至图3具体说明本实施方式。本实施方式 与实施方式一的不同点是水冷铜坩埚12上的透磁通道12-3沿水冷铜柑埚12 的高度方向设置，多条透磁通道12-3互相平行且沿水冷铜坩埚12的周向外表 面均匀分布，透磁通道12-3由贯通于水冷铜坩埚12内表面和外表面之间的长 孔12-3-1和填入在长孔12-3-1中的云母片12-3-2组成，长孔12-3-1的横断面形状为外宽内窄的"三角形"。因为磁力线的缘故，透磁通道12-3的横截面形状变化会影响坩埚的透磁 性，开缝宽度要求适当。宽度的扩大可使透过的电磁场增加，提高加热熔化和 电磁约束成形能力，但是宽度的扩大应保证不能发生金属熔体的泄漏或缝间材 料不被烧蚀。因此选择了外宽内窄的"三角形"。长孔12-3-1内填入天然云母 片后在槽内灌入玻璃胶封死，防止高温下坩埚内的金属液外漏；外面用聚四氟 乙烯薄片和玻璃丝布绝缘并涂玻璃胶。透磁通道12-3从水冷铜坩埚12底部5mm处开始，取长度为85咖，将每条 边上透磁通道12-3的数目定为3条，总数为3X4 = 12条。当然具体结构参数 的选取不受此限制，上述参数仅供参考本文档来自技高网...
【技术保护点】
制备ＴｉＡｌ基合金方坯的一种定向凝固装置，它包括封闭的炉体（２２）、送料杆（２１）、水冷铜坩埚（１２）、结晶器（６）、移料杆（４）、感应线圈（１１）、冷却剂材料（７）、母料棒（１４）和终料棒（８），位于炉体（２２）内的母料棒（１４）的上端部固定在送料杆（２１）的下端部上，母料棒（１４）的下端部伸在水冷铜坩埚（１２）中，终料棒（８）设置在水冷铜坩埚（１２）下方的结晶器（６）内且终料棒（８）与结晶器（６）之间填充有冷却剂材料（７），移料杆（４）承接在终料棒（８）的下端，水冷铜坩埚（１２）的外部环绕有感应线圈（１１）用于激发交变磁场并通过水冷铜坩埚（１２）向其内部扩散从而产生加工过程所需要的热区（２３），其特征在于所述水冷铜坩埚（１２）内腔的水平横截面为正方形，正方形的任意两条边之间设置为圆角过渡。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：丁宏升，陈瑞润，郭景杰，毕维生，傅恒志，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]
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