用于获得由钛合金或钛铝金属间合金制成的产品的铸造环和其使用方法技术

本发明专利技术涉及一种用于通过等离子体炬熔融获得由钛合金或钛铝金属间化合物制成的产品的方法，所述合金具有定向结构，所述方法包括：借助于等离子体炬(3)在铸造环(2)中加热所述熔融合金(1)；在长度L1上冷却所述铸造环的冷区(21)，所述冷却形成合金的半固体拱部(12)；在长度L2上加热所述铸造环的热区(22)，由此形成固化前部(13)，所述固化前部(13)的平坦度相对于垂直于拉伸方向的平面小于10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于获得由钛合金或钛铝金属间合金制成的产品的铸造环和其使用方法


[0001]本专利技术涉及合金生产的领域，特定来说如钛类合金或TiAl金属间物的航空合金，特定来说用以获得铸锭的铸造环和使用这种铸造环的方法。

技术介绍

[0002]尤其通过铸锭拉伸生产合金主要在于在坩埚中加热原材料以使其熔融，且将其倒入将在铸锭上赋予其形状的铸造环中。
[0003]一般来说，铸造环部分由铜制成且可水冷却。使用铜是由于其高热导率允许良好热交换，而且由于其良好延展性促进其使用，同时限制这一关键部分的破碎的风险。因此，铜尤其适合于制作铸造环的需要冷却的称为冷区域的区域。
[0004]关于称为热区域的待加热的区域，铸造陶瓷(例如，氧化铝、氧化钇、氧化锆或衍生物和其复合物)通常最适合于制造合金。
[0005]不利的是，这些材料对于制造钛类合金或TiAl金属间合金有缺点。实际上，熔融状态中的这些合金与铸造陶瓷剧烈反应，从而导致铸造环腐蚀且掺入到从铸造环的壁撕破的固体陶瓷夹杂物的合金中。更坏的是，由于陶瓷为氧化物，因此其含有的氧气污染合金且使其减弱。
[0006]此外，由于铸造陶瓷不导热，因此使用外部电阻为必要的。如果需要感应加热，那么需要环绕铸造环的额外基座以避免在铸造环中固化下与合金直接耦合。实际上，这种耦合产生熔融合金的循环涡流，由此使固化前部去稳定化。
[0007]难熔金属偶尔用以制作热区域。然而，这些与钛类合金或TiAl金属间物之间的化学相互作用的风险较高。特定来说，低熔融点共晶可形成且引起在这些合金中形成关键缺陷。
[0008]最近，氮化铝已经用于制造已经证实为有前景的铸造坩埚。然而，这种材料为昂贵的。

技术实现思路

[0009]本公开改进了所述情形。
[0010]为这目的，本专利技术提供一种用于模制由钛类合金或TiAl金属间合金制成的铸锭的铸造环，所述铸造环由具有第一端和第二端的管制成且包括：
[0011]‑
第一区段，其由导热材料制成，且从第一端延伸，特定来说超过介于0.065m与0.09m之间的长度L1；
[0012]‑
第二区段，其由最大相合金材料制成且从第一区段延伸，特定来说超过介于0.17m与0.3m之间的长度L2；
[0013]其中最大相选自：Nb4Al1C3、Nb2AlC、Ti2AlC和Ti2AlN。
[0014]归功于使用这种铸造环，不存在制造合金的污染物的风险，这是由于构成铸造环
的材料的元素为通常存在于钛类合金和TiAl金属间合金中的元素。因此，不存在通过包含外来元素(例如，来自铸造陶瓷的氧气)来使其减弱的风险。此外，这种铸造环具有良好抗热冲击性和低热膨胀性。
[0015]下文描述其它任选的和非限制性特征。
[0016]导热材料可为铜。
[0017]管在第二区段处的内表面可覆盖有一个或多个层，所述层中的每一个由选自以下的材料制成：Nb4Al1C3、Nb2AlC、Ti2AlC、Ti2AlN和AlN。
[0018]当材料为Nb4Al1C3时，管在第二区段处的内表面可从外部朝内覆盖有：
[0019]‑
一个单层Nb2AlC；
[0020]‑
第一层Nb2AlC和第二层Ti2AlC；
[0021]‑
第一层Nb2AlC、第二层Ti2AlC和第三层AlN；或
[0022]‑
第一层Nb2AlC、第二层Ti2AlC、第三层Ti2AlN和第四层AlN。
[0023]当材料为Nb2AlC时，管在第二区段处的内表面可从外部朝内覆盖有：
[0024]‑
一个单层Ti2AlC；
[0025]‑
第一层Ti2AlC和第二层AlN；或
[0026]‑
第一层Ti2AlC、第二层Ti2AlN和第三层AlN。
[0027]当材料为Ti2AlC时，管在第二区段处的内表面可从外部朝内覆盖有：
[0028]‑
一个单层AlN；或
[0029]‑
第一层Ti2AlN和第二层AlN。
[0030]第一区段和第二区段可通过由机械组合件或焊接制成的接合点来彼此连接。
[0031]铸造环可进一步包括从第二区段延伸直到第二端的第三区段，特定来说超过至少0.03m的长度，且由导热材料制成。
[0032]铸造环可进一步包括从第一端垂直于第一区段的扩展且朝外延伸的环形凸缘。
[0033]在另一方面，本专利技术涉及一种用于通过等离子体炬熔融获得由钛合金或TiAl金属间合金制成的产品的方法，所述合金具有定向结构。
[0034]所述方法包括：
[0035]‑
选择如上文所描述的铸造环，其中长度L1介于0.065m与0.09m之间，且长度L2介于0.17m与0.3m之间，且根据以下不等式数学1和不等式数学2选择第一区段和第二区段的厚度e1和厚度e2，其中R为铸造环的内半径，ΔT1为第一区段中的所要最大热梯度，ΔT2为第二区段中的所要最大热梯度，A1等于9℃.m且A2等于60℃.m，L1
min
等于0.065m，L1
max
等于0.09m，L2
min
等于0.17m，且L2
max
等于0.3m；
[0036]‑
在铸造环处加热熔融合金的表面；
[0037]‑
冷却铸造环的第一区段，由此形成冷区域，冷却形成合金的半固体拱部；
[0038]‑
加热铸造环的第二区段，由此形成热区域且因此在这一热区域中产生合金固化前部，且所述合金固化前部的平坦度相对于垂直于拉伸方向的平面小于10
°
；及
[0039]‑
沿着拉伸方向上以高于10
‑4m/s的速度拉伸固化合金。
[0040][数学1][0041][0042][数学2][0043]附图说明
[0044]其它特征、细节和优点将在阅读下文的详细描述时且在分析随附图式时呈现，其中：
[0045]图1
[0046][图1]展示说明在冷坩埚中使用根据本专利技术的铸造环的等离子体炬熔融过程的图式。
[0047]图2
[0048][图2]说明具有冷区域和热区域的根据本专利技术的铸造环。
[0049]图3
[0050][图3]说明具有冷区域、热区域和第二冷区域的根据本专利技术的铸造环。
[0051]图4
[0052][图4]展示由相对于垂直于拉伸方向的平面的固化前部形成的角度α，其在0.00015m/s的拉伸速度下作为冷区域L1的长度和热区域L2的长度的函数。
[0053]图5
[0054][图5]展示由相对于垂直于拉伸方向的平面的固化前部形成的角度α，其在0.0003m/s的拉伸速度下作为冷区域L1的长度和热区域L2的长度的函数。
[0055]图6
[0056][图6]展本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于模制由钛类合金或TiAl金属间合金制成的铸锭的铸造环，所述铸造环由具有第一端和第二端的管制成，且包括：
‑
第一区段，其由导热材料制成且从所述第一端延伸；
‑
第二区段，其由最大相合金材料制成且从所述第一区段延伸；其中，所述最大相选自：Nb4Al1C3、Nb2AlC、Ti2AlC和Ti2AlN。2.根据权利要求1所述的铸造环，其特征在于，所述导热材料为铜。3.根据权利要求1或权利要求2所述的铸造环，其特征在于，所述管在所述第二区段处的内表面覆盖有一个或多个层，所述层中的每一个由选自以下的材料制成：Nb4Al1C3、Nb2AlC、Ti2AlC、Ti2AlN和AlN。4.根据权利要求3所述的铸造环，其特征在于，：当所述材料为Nb4Al1C3时，所述管在所述第二区段处的所述内表面从外部朝内覆盖有：
‑
一个单层Nb2AlC；
‑
第一层Nb2AlC和第二层Ti2AlC；
‑
第一层Nb2AlC、第二层Ti2AlC和第三层AlN；或
‑
第一层Nb2AlC、第二层Ti2AlC、第三层Ti2AlN和第四层AlN；当所述材料为Nb2AlC时，所述管在所述第二区段处的所述内表面从所述外部朝内覆盖有：
‑
一个单层Ti2AlC；
‑
第一层Ti2AlC和第二层AlN；或
‑
第一层Ti2AlC、第二层Ti2AlN和第三层AlN；当所述材料为Ti2AlC时，所述管在所述第二区段处的所述内表面从所述外部朝内覆盖有：
‑
一个单层AlN；或
‑
第一层Ti2AlN和第二层AlN。5.根据权利要求1到4中任一项所述的铸造环，其特征在于，所述管进一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮埃尔，
申请(专利权)人：赛峰公司，
类型：发明
国别省市：