生产金属间化合物铸件的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种制造金属间化合物铸件的方法和装置。按要求与空气隔离的第一种固态金属配料被置于一个熔化坩埚中，与第一种金属能进行放热反应的第二种金属配料则在另一个熔化坩埚中进行熔化。熔融的第二金属注入到装有第一种金属配料的熔化坩埚中，使之与第一金属接触。在熔化坩埚中加热第一和第二金属使它们发生放热反应，形成可通过重力或反重力注入铸型中的熔体。放热反应缩短了为获得准备注入铸型中的熔体所需要的时间。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生产例如钛铝互化物铸件这样的金属间化合物铸件的方法和装置，铸件的生产量大，成本低，并且没有因金属间化合物熔体与容器材料之间发生反应而造成的有害杂质污染。含有一种高重量百分比活性金属(如钛)的许多合金会与空气和大多数通常采用的坩埚耐火材料反应到这样的程度，即合金被污染到令人不能接受的程度。结果，人们通常是在水冷却的金属(例如铜)坩埚中利用电弧或电感应发热来加热合金料，从而熔化这些合金。美国专利NO.4738713代表了这种熔化技术。该专利的熔化方法在利用电能方面效率非常低。而且应用该方法的经验表面，能够达到的熔体过热度是有限的，并且对坩埚寿命有影响。但是，相对于要求所希望的合金具有专门准备好的熔炼电极的自耗电弧熔化技术而言，这种方法能够使用成本较低的熔化材料，因此该方法仍在使用。采用水冷铜坩埚的电弧熔化技术(例如参见美国专利NO.2564337)可以在熔化活性合金中提供较高的过热度。但是，由于在坩埚出现故障时冷却水与熔融活性合金可能发生接触，形成氢气而存在爆炸的潜在可能性，因此这种电弧熔化技术以及感应熔化技术是很危险的。电弧熔化技术和感应熔化技术都是在远距离方式下使用的，例如从具有防爆壁的专门建造的建筑物中的安全壁后面进行控制。结果，由于很难实现良好的过程控制，操作这种冷壁金属坩埚或炉的费用很高。采用现有技术的一些工作者用氧化钙坩埚熔化和铸造活性合金，如钛合金。但是，合金熔体受到氧的污染很迅速，有些合金含有铝，从而产生了过量的氧化铝蒸汽，其数量能污染真空系统和那些与铸造装置相关联的腔室，以致于妨碍了传统的铸造装置的实际操作。采用现有技术的另一些工作者则在用石墨作内衬的坩埚中快速熔化钛合金(参见美国专利NO.3484840)，以避免熔体受到有害杂质污染。该已授予专利的方法不能精确控制熔体温度，如果加热周期太长，就可能产生过量的熔体污染物。此外，控制熔体从坩埚底部出来的流量是很难的，因为为此目的采取的是熔化坩埚底部的一个金属盘中央部分的办法。采用这种结构时，熔体流出孔的大小随熔化速度配料直径和盘的大小的不同而改变，使得对熔体流量的控制很困难。金属间合金，如尤其是TiAl，近几年在航空航天和汽车工业中的应用得到极大的重视，这种合金应用于那些极其需要它的耐高温高强度和重量较轻等特性的领域。但是这种合金包含的组份中大部分是钛(例如所谓的伽马TiAl包括重量百分比为66%的钛，其余的主要是铝)，这使得熔化和铸造中很难不受到污染，并且成本很高。为了能在诸如汽车排气阀这样的零部件领域中得到应用，金属间合金必须要在高产量低成本的条件下没有有害杂质污染地进行熔化和铸造。本专利技术的目的之一是提供一种有助于(但不限制于此)在高产量、低成本且没有有害杂质的污染的方式下生产金属间化合物铸件的方法和装置，尤其适合于汽车、航空航天和其它工业的要求。本专利技术的另一个目的是提供一种生产金属间化合物铸件的方法和装置，它使用了一种耐火材料制的熔化坩埚和一种熔融和固态熔料的混合物，并避免了由于熔体与熔化坩埚发生反应而使熔体受到有害杂质的污染。本专利技术的又一个目的是提供一种以低成本的方式生产金属间化合物铸件的方法和装置，它采用较低成本的熔料，用这种材料时减少了为生产出准备注入铸型中的熔体所需的能量。本专利技术涉及一种生产金属间化合物铸件(例如铝与钛、镍、铁等之间的金属互化物铸件)的方法和装置，其中，包含有一种固态的第一金属配料被置于一个熔化坩埚中，而包含有与第一种金属进行放热反应的第二种金属的配料则在另一个熔锅中进行熔化。包含了第二种金属的熔融配料被引入到装有第一种金属配料的熔化坩埚中，使之与第一金属接触。另一做法是将固态形式的第二种金属配料放置到熔化坩埚中而与另一配料相接触。包含了第一和第二金属的配料在熔化坩埚中被迅速加热(例如通过感应加热法)，使它们进行放热反应并形成被加热到可浇铸温度的熔体，借助重力或反重力浇铸法(例如美国专利NO.5042561中所示)将熔体浇注到铸型中。第一和第二金属之间的放热反应释放出了大量的热量(即金属间化合物具有高的生成热)，该反应热缩短了为获得准备注入铸型的熔体而需要的时间。特别地，第一和第二金属间的放热反应实际上减少了金属间化合物熔体在熔化坩埚中的停留时间。该停留时间的缩短反过来又减少了由于熔体与熔化坩埚材料发生反应而使熔体遭受到的潜在污染。在该方法中，最好采用诸如真空、惰性气体或基本上为非活性的气氛等手段或机构，以便按要求防止熔体和铸件与空气发生有害反应。此外，为加热和熔化坩埚中的金属所需要的能量大大地减少。低成本形式的第一和第二金属可以用于本专利技术。结果减少了总的铸造成本。本专利技术的方法和装置可以用来生产汽车工业、航空航天工业和其它工业上所需要的大量的低成本无杂质污染的金属间化合物铸件。在本专利技术的一个实施例中，第一金属配料选自于钛、镍、铁或其它要求的金属中的一种。熔融或固态的第二金属配料是铝、硅或其它要求的金属。第一金属配料在熔融的第二金属引入熔化坩埚之前最好先预热。在本专利技术的另一个实施例中，通过打破或破碎熔化坩埚底部的一个易碎隔离件使铸模与熔化坩埚相通，而使熔体借助重力注入一个置于熔化坩埚下面的铸型中。熔体温度(例如熔体过热度)可以通过恰当地确定打破隔离件将熔体注入到下面的铸型中的时刻来精确地控制。隔离件可以用熔化坩埚中的一个活动的捅口杆来击破，或者也可以在隔离件两侧建立一个适当的流体压力差，例如相对于熔化坩埚外的气体压力来提高熔化坩埚内熔体上的气体压力，由此压差击破隔离件。在本专利技术的第三个实施例中，熔体是通过一个设置在熔体和铸型之间的浇注管(例如参见美国专利NO.5042561)由反重力浇注到置于熔化坩埚上方的铸型中。进行反重力浇注后，打破熔化坩埚底部的一个易碎隔离件，可将熔化坩埚中未用完的剩余熔体排出。当隔离件被打破后，熔化坩埚即与一个位于下面的激冷铸型相通，用于在该激冷铸型中收集和凝固未用完的熔体。这种结构布置缩短了为移出未用的及排出的熔体以及组装用于进一步铸造的新熔化坩埚和铸型所需要的时间。在本专利技术的第四个实施例中，铸型是一个薄壁熔模，该熔模在将熔体按重力或反重力法浇注到其内期间被置与一种耐火颗粒材料(例如陶瓷材料)中。熔化坩埚也可用一种类似的耐火颗粒材料包围住。颗粒材料(或其它非反应的限制材料或装置)将任何可能从熔化坩埚或铸型泄漏出来的熔体封闭起来。在本专利技术的一个具体的实施例中，按下述步骤生产出多个钛铝互化物铸件将固态钛配料放入一个内衬有耐火材料(如石墨)的熔化坩埚中，将配料预热到低于钛的液相线温度的高的温度，在另一坩埚中将铝熔化，并将熔化的铝注入有内衬的坩埚中，使铝与钛料相接触。加热坩埚中的铝和钛，使它们进行放热反应并形成一种金属间熔体，该熔体在重力或反重力下浇注到一个具有多个型腔的熔模中。钛和铝之间的放热反应缩短了熔体在坩埚中的停留时间，从而减少了由于熔体与熔化坩埚之间的反应而使熔体受到的杂质污染，而且也减少了为生产出准备铸造的熔体所需要的能量。钛金属和铝可以是成本较低的废金属。从以下的详细描述和附图中将会明显地看到本专利技术的其它目的和优点。附图说明图1是按照本专利技术的一个实施例所述装置的侧剖示意图，该装置用于实施本专利技术的一个重力铸造方法实施例;图2是类似于图1的一个视图，但本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造金属间化合物铸件的方法，包括以下步骤：ａ）将包含第一种固态金属的配料置于一熔化坩埚中，ｂ）熔化包含与第一种金属进行放热反应的第二种金属的配料，ｃ）将包含第二种金属的熔融配料引入上述熔化坩埚中，使之与第一种金属接触，ｄ ）加热包含在熔化坩埚中接触的第一种和第二种金属的配料，使第一种金属和第二种金属进行放热反应，形成用于铸造的熔体，并由此放热反应缩短获取所述熔体所需要的时间和熔体在熔化坩埚中的停留时间，以减少由于熔体与熔化坩埚反应而使熔体遭受的污染，ｅ） 将熔体从熔化坩埚浇注到一个铸型中，以便当熔体凝固时就形成所述的铸件。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：GD钱德利，MC弗莱明斯，
申请(专利权)人：金属铸造技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]