真空超高温难熔活性材料超声波辅助熔凝装置与熔凝方法制造方法及图纸

真空超高温难熔活性材料超声波辅助熔凝装置与熔凝方法，它涉及一种熔凝装置与熔凝方法。本发明专利技术为了解决现有超声波设备在高温下与超高温难熔活性材料合金反应，污染超高温难熔活性材料合金熔体，损坏超声波设备的问题。本发明专利技术的超声波发生器安装在炉体内，水冷铜坩埚安装在超声波发生器上，原材料设在水冷铜坩埚上，非自耗电弧炉穿过炉体伸入炉体，压力表安装在炉体的上端面上并与炉体内部连通。将非自耗电弧枪通入单相交流电，加热；非自耗电弧枪的功率下降，将超声波引入到水冷铜坩埚中的熔融态原材料中；超声处理结束后，将功率降低至最小，然后关闭电源。本发明专利技术用于真空超高温难熔活性材料超声波辅助熔凝。熔活性材料超声波辅助熔凝。熔活性材料超声波辅助熔凝。

【技术实现步骤摘要】
真空超高温难熔活性材料超声波辅助熔凝装置与熔凝方法


[0001]本专利技术涉及一种超声波辅助熔凝装置与熔凝方法，具体涉及一种钛铝、铌硅、高熵合金显微组织调控和力学性能提高的超声波辅助熔凝装置与熔凝方法。

技术介绍

[0002]超声波作为新的熔体处理技术，具有无污染、高效率，符合现在科学技术及社会发展对环保、可循环利用材料的要求。超声波作为机械波要想引入到超高温难熔活性材料熔体中，必须中间有传导介质，根据介质的不同可分为直接引入和间接引入，直接引入是指超声工具头直接作用到熔体，间接引入是指超声工具头与熔体间有中间介质。如果按照引入方式的位置，可分为上部引入、侧面引入和底部引入，最直接、最简单的超声波引入熔体的方式是上部引入法，这种方式引入效率最高，但是由于与金属液体直接接触，故对工具头要求比较高，不仅能够耐高温，而且还要具有热稳定性和较高的高温疲劳强度。
[0003]底部和侧部引入超声波的方法，是通过坩埚把超声波和超声震动传导给超高温难熔活性材料熔体，这种势必会衰减部分超声波，损失一部分能量，需要更大功率的超声波才能达到理想效果。
[0004]目前，超声波已经被引用到中低温合金领域，如：Sn
‑
Sb合金使用超声波处理后明显细化了晶粒；此外，超声波对纯铝的处理，可以使凝固组织由柱状晶转变为等轴晶，并且使其强度提高35％，硬度也相应的得到提高；还有超声波处理T10钢，处理后的T10钢的平均尺寸由820μm降低到315μm，细化程度可达到61％，等等。有上述报道可见，超声波已经在金属熔体处理方面得到了广泛应用。但在超高温难熔活性材料合金铸造过程中，由于超高温难熔活性材料熔点较高，一般高于1600℃，一般的超声波探头难以承受这么高的温度，并且在真空条件下超声波传递难以进行，很难将超声波引入到超高温难熔活性材料熔体中。
[0005]由于超声波设备在高温下与超高温难熔活性材料合金反应，污染超高温难熔活性材料合金熔体，损坏超声波设备的问题，导致现有超声波设备不能在超高温难熔活性材料合金铸造过程中使用，尤其是在真空电弧炉熔铸中无法使用超声设备辅助熔凝超高温难熔活性材料合金熔体问题。
[0006]综上所述，现有超声波设备在高温下与超高温难熔活性材料合金反应，污染超高温难熔活性材料合金熔体，损坏超声波设备的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了解决现有超声波设备在高温下与超高温难熔活性材料合金反应，污染超高温难熔活性材料合金熔体，损坏超声波设备的问题。进而提供一种真空超高温难熔活性材料超声波辅助熔凝装置与熔凝方法。
[0008]本专利技术的技术方案是：一种真空超高温难熔活性材料超声波辅助熔凝装置，它包括可移动操作台；它还包括炉体、观察口、非自耗电弧炉、压力表、水冷铜坩埚和超声波发生器，炉体安装在可移动操作台上，超声波发生器竖直安装在炉体内的底端面上，水冷铜坩埚
安装在超声波发生器上，原材料设置在水冷铜坩埚上，非自耗电弧炉竖直穿过炉体的顶端并伸入炉体的内部，非自耗电弧炉的下端与原材料之间留有间距，观察口安装在炉体的侧壁上，压力表安装在炉体的上端面上并与炉体内部连通。
[0009]进一步地，水冷铜坩埚包括负载坩埚、进水管、出水管和两个进出水接头，负载坩埚的下端分别安装有一个进水管和一个出水管，进水管和出水管的底端分别安装在有一个进出水接头。
[0010]进一步地，负载坩埚、进水管、出水管和两个进出水接头均由紫铜材质制成。
[0011]进一步地，出水管的顶端穿过负载坩埚的底端并向上延伸。
[0012]进一步地，非自耗电弧炉的下端与原材料之间的间距为1
‑
10mm。
[0013]进一步地，它还包括进出氩气管接头，进出氩气管接头安装在炉体的外侧壁上并与炉体连通。
[0014]进一步地，超声波发生器包括超声波探头、变幅杆和换能器，超声波探头、变幅杆和换能器由下至上依次顺次连接。
[0015]本专利技术还提供了一种采用真空超高温难熔活性材料超声波辅助熔凝装置的凝固方法，它包括以下步骤：
[0016]步骤一、原材料放置于水冷铜坩埚中，调整好非自耗电弧炉的位置，关闭炉体的炉门；
[0017]步骤二、在非自耗真空电弧熔炼炉内进行反复氩气稀释空气，使炉体的炉内真空度为3
×
10
‑
3～9
×
10
‑
1Pa，后返冲氩气到200～500Pa，通过真空表观察炉体内的压力变化；
[0018]步骤三、通过观察口，观察炉体内的情况，检测是否有渗水的情况；
[0019]步骤四、非自耗电弧枪通入单相交流电，加热功率为5
‑
40kW，加热时间1
‑
20min；
[0020]步骤五、将非自耗电弧枪的功率降低到10
‑
30kW，通过超声波探头将超声波引入到水冷铜坩埚中的熔融态原材料中，超声处理时间为0
‑
300s；超声处理结束后，将功率降低至最小，然后关闭电源；至此，完成了真空超高温难熔活性材料的熔凝。
[0021]优选地，原材料的合金成分为Ti46Al4Nb1Mo1.6N合金。
[0022]优选地，超声波探头的振幅为0
‑
30μm。
[0023]本专利技术与现有技术相比具有以下效果：
[0024]1、本专利技术的原材料7、水冷铜坩埚8、超声波探头14、变幅杆15、换能器16组成了整套的超声波发生装置的工作部分，同时考虑了原材料7、水冷铜坩埚8的负载问题，以保证超声波发生器9的振幅，解决真空超高温难熔活性材料合金中超声波引入难问题；进出水口10、进水管11、出水管12、负载坩埚13组成的水冷铜坩埚，不仅保证了合金材料不受污染，并且保证了超声波的有效进入，加热效率达到需求，解决污染超高温难熔活性材料合金熔体，损坏超声波设备的问题，使超声波设备可重复使用。
[0025]2、本专利技术方法中超高温难熔活性材料的原材料是在水冷铜坩埚中熔化，避免熔体污染，保证了合金溶体的纯净度。
[0026]3、本专利技术方法实现了将超声波成功引入到超高温难熔活性材料合金熔体中，使用超声波处理超高温难熔活性材料合金熔体具有无污染、高效率可循环利用材料的优点。
[0027]4、本专利技术方法使用超声波处理超高温难熔活性材料合金熔体，凝固后所得组织可以明显得到细化、成分更加均匀，晶界出的偏析大大降低，合金的性能也得到不同程度的提
高，见图3和图4。
附图说明
[0028]图1是本专利技术装置的示意图，图2是水冷铜坩埚的主剖视图，图3是不同超声时间试样的显微组织，其中，(a)0s；(b)25s；(c)50s；(d)75s；图4是施加不同超声波时间后增强相的变化，图5是超声作用时间下的合金力学性能；图6是超声波发生器示意图。
具体实施方式
[0029]具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式包括可移动操作台本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空超高温难熔活性材料超声波辅助熔凝装置，它包括可移动操作台(1)；其特征在于：它还包括炉体(4)、观察口(3)、非自耗电弧炉(5)、压力表(6)、水冷铜坩埚(8)和超声波发生器(9)，炉体(4)安装在可移动操作台(1)上，超声波发生器(9)竖直安装在炉体(4)内的底端面上，水冷铜坩埚(8)安装在超声波发生器(9)上，原材料(7)设置在水冷铜坩埚(8)上，非自耗电弧炉(5)竖直穿过炉体(4)的顶端并伸入炉体(4)的内部，非自耗电弧炉(5)的下端与原材料(7)之间留有1～20mm的间距，观察口(3)安装在炉体(4)的侧壁上，压力表(6)安装在炉体(4)的上端面上并与炉体(4)内部连通。2.根据权利要求1所述的真空超高温难熔活性材料超声波辅助熔凝装置，其特征在于：水冷铜坩埚(9)包括负载坩埚(13)、进水管(11)、出水管(12)和两个进出水接头(10)，负载坩埚(13)的下端分别安装有一个进水管(11)和一个出水管(12)，进水管(11)和出水管(12)的底端分别安装在有一个进出水接头(10)。3.根据权利要求2所述的真空超高温难熔活性材料超声波辅助熔凝装置，其特征在于：负载坩埚(13)、进水管(11)、出水管(12)和两个进出水接头(10)均由紫铜材质制成。4.根据权利要求3所述的真空超高温难熔活性材料超声波辅助熔凝装置，其特征在于：出水管(12)的顶端穿过负载坩埚(13)的底端并向上延伸。5.根据权利要求4所述的真空超高温难熔活性材料超声波辅助熔凝装置，其特征在于：非自耗电弧炉(5)的下端与原材料(7)之间的间距为1
‑
20mm。6.根据权利要求5所述的真空超高温难熔活性材料超声波辅助熔凝装置，其特征在于：它还包括进出氩气管接头(2)，进出氩气管接头(2)安装在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈瑞润，方虹泽，王琪，丁鑫，王亮，苏彦庆，郭景杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：