【技术实现步骤摘要】
一种制备高温合金的高频感应加热凝固装置与方法
[0001]本专利技术涉及一种高频感应加热凝固装置与方法，具体涉及一种改善高温合金显微组织调控和提高力学性能的电磁感应加热凝固装置与凝固方法。属于金属合金
技术介绍
[0002]高温结构合金，例如TiAl基、NbSi基高温合金等，以其高的比强度、优异的高温性能，在航空航天、汽车工业等领域内，受到了极其广泛的关注，并展现出了巨大的应用前景，但由于金属间化合物的本征特性，以NbSi基合金为例，该合金普遍存在着合金的抗氧化性能差、室温断裂韧性和高温变形能力差的特点。并严重制约了NbSi基合金在工业生产中的应用。
[0003]目前，铸锭冶金是工业生产中制备大尺寸NbSi基合金最经济的生产方法。但是，高温合金，例如铸造NbSi基合金，特别是在添加大量的合金化元素之后，会存在着组织粗大、元素偏析严重等突出问题。这将极大的损害合金的性能。
[0004]综上所述，现有的NbSi基合金在添加大量的合金化元素之后，存在组织粗大、元素偏析严重的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是为了解决现有的NbSi基合金在添加大量的合金化元素之后，存在组织粗大、元素偏析严重的问题。进而提供一种制备高温合金的高频感应加热凝固装置与方法。
[0006]本专利技术的提供了一种制备高温合金的高频感应加热凝固装置，它包括翻料勺、料勺传动机构、压力表、压力表表座、炉体、水冷铜坩埚、支撑杆、台架组件、过渡杆焊件、高频振动杆、感应线圈和感应线圈电源；>[0007]压力表通过压力表表座安装在炉体的上端面上，料勺传动机构安装在炉体的上端面上，翻料勺密封安装在料勺传动机构上并对翻料勺进行升降操作和旋转操作，水冷铜坩埚部分安装在炉体内部，且水冷铜坩埚采用上部水冷的方式进行冷却；台架组件通过支撑杆安装在炉体的下端面上，过渡杆焊件安装在支撑杆和台架组件之间，高频振动杆的下部安装在台架组件内，高频振动杆的中部穿过过渡杆焊件向上穿过炉体后伸入到水冷铜坩埚内，感应线圈套装在水冷铜坩埚上，且感应线圈与位于炉体外部的感应线圈电源连接。
[0008]进一步地，料勺传动机构包括外壳、胶圈、真空硅胶和波纹管，翻料勺通过胶圈穿过外壳内，波纹管套装在外壳上，外壳的入口部位与翻料勺之间涂抹真空硅胶。
[0009]进一步地，水冷铜坩埚包括水冷铜坩埚体、进水管、出水管、进水接口和出水接口；进水接口和出水接口安装在水冷铜坩埚体的上端面上，进水管和出水管的一端分别与进水接口和出水接口连接。
[0010]进一步地，水冷铜坩埚还包括进水管插接板和出水管插接板，进水管插接板和出水管插接板均安装在炉体的内侧壁上，进水管和出水管的另一端分别与进水管插接板和出
水管插接板连接。
[0011]进一步地，高频振动杆的上部为倒梯形槽，所述倒梯形槽与水冷铜坩埚体内部的倒梯形下表面相匹配，倒梯形槽的下端为振动杆，所述振动杆与水冷铜坩埚体的下端面之间连接。
[0012]进一步地，振动杆与水冷铜坩埚体的下端面之间固定连接或密封连接。
[0013]进一步地，它还包括线圈进水管和线圈出水管，线圈进水管和线圈出水管的一端分别与进水管插接板和出水管插接板连接，线圈进水管的另一端与感应线圈连接，线圈出水管的另一端与感应线圈连接。
[0014]进一步地，它还包括上观察窗、上观察窗压盖、前观察窗和前观察窗压盖，前观察窗开设在炉体的侧端面上，前观察窗压盖压装在前观察窗上，上观察窗开设在炉体的上端面上，上观察窗压盖压装在上观察窗上。
[0015]本专利技术还提供了一种采用高温合金的高频感应加热凝固装置的制备方法，它包括以下步骤：
[0016]步骤一：将配好的高温合金原料放置于水冷铜坩埚之中，调整翻料勺的位置，并关闭炉体的炉门；
[0017]步骤二：打开外置的循环水冷却装置，并且通过前观察窗，观察炉体内部是否有漏水的情况；
[0018]步骤三：打开空气阀门，对炉体内进行抽真空的操作，并观察压力表的示数，当炉内气压达到3
×
10
‑3‑5×
10
‑1Pa时，关闭空气阀，并打开氩气阀，并向炉体内通入氩气，向其中冲入氩气0.05MPa；
[0019]步骤四：合上外部电源开关、合上控制面板的电源开关；
[0020]步骤五：通过超声控制柜对超声振动系统的高频振动杆的功率进行设置，高频振动杆的功率范围为1200
‑
2000W，通过控制面板对感应线圈对原料加热，感应线圈的加热时间的可调节范围为3
‑
6min，将感应线圈的加热功率的可调节范围为10
‑
60kW，并摁下启动加热按钮，启动整个设备，对原料进行加热熔炼，待离感应加热时间还剩下30s时，摁下超声波发生装置启动按钮，在合金处于过热的状态中施加超声波的作用；
[0021]步骤六：待熔炼过程结束之后，通过上观察窗，观察炉内高温合金的凝固后的状态，确保冷却凝固过程完成后，通过炉体上方的观察窗控制翻料勺，通过翻料勺将凝固后的合金铸锭进行翻转；
[0022]步骤七：重复步骤五、步骤六的操作，使铸锭反复重熔5
‑
10次，进而保证合金各处成分均匀，若实验要求需要进行热处理操作，在最后一次加热熔炼的过程，设置完加热参数后，进行保温操作，保温时间设置为2
‑
5min，感应线圈的保温功率调节为5
‑
15kW，至此，完成了高温合金的制备。
[0023]进一步地，高温合金原料为Nb
‑
16Si
‑
22Ti高温合金。
[0024]本专利技术与现有技术相比具有以下效果：
[0025]1、本专利技术采用超声波处理(指高频振动杆10)能够有效调控合金凝固过程、改善合金组织，实现大幅度提升合金性能的目的。本专利技术采用了感应线圈加热，避免了采用电弧熔炼方法加热，会使得加热速度过快、以及产生较大的温度梯度难以控制。为高温合金组织的调控带来不便的影响。
[0026]2、本专利技术的超声振动系统，即超声振动杆通过坩埚组件底部进入到坩埚水槽的内部，并且通过焊接的方式与紫铜坩埚内部水槽壁，完全焊接在一起，这样可以减少作用在合金熔池上的超声波的衰减，由于超声振动杆的材料为钛合金，承受不住高温材料熔池的温度，所以现有的技术只能在坩埚外壁施加超声，这样会使得超声波的振动通过坩埚壁和内部的冷却水受到衰减，无法精确的控制合金熔化过程中所受到的超声波。
[0027]3、本专利技术的超声振动系统，通过使用感应加热炉与超声振动系统相结合，通过超声波的声流作用和空化作用解决了高温合金经过熔炼之后，特别是经过合金化之后，出现的组织粗大、元素偏析等重大问题，来提高合金高温和室温下的力学性能。
[0028]4、现有的设备通过在施加超声时，通常是在最后一次熔料的过程中，施加超声波的作用，并在此基础上进行研究和应用，这就限制了铸锭的性能，通过在炉体上方加上翻料勺之后，可以在不本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种制备高温合金的高频感应加热凝固装置，其特征在于：它包括翻料勺(1)、料勺传动机构(2)、压力表(3)、压力表表座(4)、炉体(5)、水冷铜坩埚、支撑杆(7)、台架组件(8)、过渡杆焊件(9)、高频振动杆(10)、感应线圈(16)和感应线圈电源(6)；压力表(3)通过压力表表座(4)安装在炉体(5)的上端面上，料勺传动机构(2)安装在炉体(5)的上端面上，翻料勺(1)密封安装在料勺传动机构(2)上并对翻料勺(1)进行升降操作和旋转操作，水冷铜坩埚部分安装在炉体(5)内部，且水冷铜坩埚采用上部水冷的方式进行冷却；台架组件(8)通过支撑杆(7)安装在炉体(5)的下端面上，过渡杆焊件(9)安装在支撑杆(7)和台架组件(8)之间，高频振动杆(10)的下部安装在台架组件(8)内，高频振动杆(10)的中部穿过过渡杆焊件(9)向上穿过炉体(5)后伸入到水冷铜坩埚内，感应线圈(16)套装在水冷铜坩埚上，且感应线圈(16)与位于炉体(5)外部的感应线圈电源(6)连接。2.根据权利要求1所述的一种制备高温合金的高频感应加热凝固装置，其特征在于：料勺传动机构(2)包括外壳(2
‑
1)、胶圈(2
‑
2)、真空硅胶(2
‑
3)和波纹管(2
‑
4)，翻料勺(1)通过胶圈(2
‑
2)穿过外壳(2
‑
1)内，波纹管(2
‑
4)套装在外壳(2
‑
1)上，外壳(2
‑
1)的入口部位与翻料勺(1)之间涂抹真空硅胶(2
‑
3)。3.根据权利要求2所述的一种制备高温合金的高频感应加热凝固装置，其特征在于：水冷铜坩埚包括水冷铜坩埚体(27)、进水管(19)、出水管(22)、进水接口(20)和出水接口(21)；进水接口(20)和出水接口(21)安装在水冷铜坩埚体(27)的上端面上，进水管(19)和出水管(22)的一端分别与进水接口(20)和出水接口(21)连接。4.根据权利要求3所述的一种制备高温合金的高频感应加热凝固装置，其特征在于：水冷铜坩埚还包括进水管插接板(18)和出水管插接板(23)，进水管插接板(18)和出水管插接板(23)均安装在炉体(5)的内侧壁上，进水管(19)和出水管(22)的另一端分别与进水管插接板(18)和出水管插接板(23)连接。5.根据权利要求1或4所述的一种制备高温合金的高频感应加热凝固装置，其特征在于：高频振动杆(10)的上部为倒梯形槽，所述倒梯形槽与水冷铜坩埚体(27)内部的倒梯形下表面相匹配，倒梯形槽的下端为振动杆，所述振动杆与水冷铜坩埚体(27)的下端面之间连接。6.根据权利要求5所述的一种制备高温合金的高频感应加热凝固装置，其特征在于：振动杆与水冷铜坩埚体(27)的下端面之间固定连接或密封连接。7.根据权利要求6所述的一种制...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑朝文，陈瑞润，王琪，王墅，丁宏升，苏彦庆，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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