專利名稱：真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復(fù)合坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真空反重力成形用復(fù)合坩堝。
背景技術(shù)：
真空反重力鑄造具有充型平穩(wěn)、復(fù)雜鑄件成形性好、鑄件內(nèi)部質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于鋁合金、鎂合金以及銅合金復(fù)雜鑄件生產(chǎn)。幾年來(lái)隨著鈦合金鑄件復(fù)雜性、可靠性以及規(guī)模性的要求越來(lái)越高,對(duì)于真空反重力鑄造生產(chǎn)鈦合金件的需求急劇上升。但由于鈦及鈦合金的熔點(diǎn)高，并且熔融狀態(tài)下化學(xué)活性非常高，幾乎可以與目前現(xiàn)有的工程材料均發(fā)生反應(yīng)，因此其熔煉難度特別大。目前工業(yè)應(yīng)用的鈦及鈦合金熔煉方式主要是真空自耗電極凝殼熔煉和真空非自耗電極冷坩堝熔煉方式(包括強(qiáng)制水冷銅坩堝熔煉和非水冷氧化物、氮化物坩堝熔煉)。對(duì)于真空自耗電極凝殼熔煉，由于電極的引入位置與真空反重力成形過(guò)程升液管位置沖突，因此在實(shí)際鈦及鈦合金真空反重力成形中極少應(yīng)用。冷坩堝熔煉鈦及鈦合金熔體冷卻很快，坩堝內(nèi)鈦及鈦合金熔體溫差巨大，頂部溫度較低，表面合金層熔體過(guò)熱度只有幾十度至一百度左右，表面熔體較低的過(guò)熱度經(jīng)常導(dǎo)致升液管進(jìn)入熔體后，合金液凍在升液管內(nèi)，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法完成整個(gè)反重力成形工藝過(guò)程，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞，目前現(xiàn)有的熔煉鈦及鈦合金使用的坩堝無(wú)法滿足真空反重力鑄造生產(chǎn)的工藝要求。因此，制造適合真空反重力鑄造生產(chǎn)鈦及鈦合金用的坩堝具有重大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，特別是在現(xiàn)有科技水平和坩堝制備技術(shù)條件下，有必要開(kāi)發(fā)新的坩堝使其能改變表面合金層熔體過(guò)熱度低的現(xiàn)狀，推進(jìn)真空反重力鑄造鈦及鈦合金成形技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復(fù)合坩堝，為解決真空反重力鑄造鈦及鈦合金時(shí)使用的復(fù)合坩 堝易出現(xiàn)表面開(kāi)裂、脫落及堝內(nèi)合金熔體表面層過(guò)熱度低問(wèn)題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是:所述坩堝包括保溫圈、內(nèi)襯和至少一個(gè)背層，內(nèi)襯的外部設(shè)有至少一個(gè)背層，保溫圈設(shè)置在內(nèi)襯的上方，背層由氧化鈣、氧化鋯或氧化鈣和氧化鋯的混合物構(gòu)成，內(nèi)襯由氧化釔、氧化鋯和氧化鈣構(gòu)成，所述坩堝內(nèi)襯由內(nèi)至外氧化釔的質(zhì)量百分比由100%依次減少至20%，氧化鋯和氧化鈣的質(zhì)量百分比由O %依次增加至80%。本發(fā)明具有以下有益效果:1、坩堝頂部設(shè)置保溫圈，保溫圈內(nèi)表面為光滑曲面結(jié)構(gòu)，可有效反射熔體中輻射熱量，加之熔化過(guò)程保溫圈本身可以作為加熱體使坩堝頂部保持較高溫度，最終可有效增加坩堝內(nèi)鈦及鈦合金熔體表面層的過(guò)熱度，徹底滿足真空反重力鑄造鈦及鈦合金成形過(guò)程的需要；2、坩堝內(nèi)可形成較深的熔池，坩堝上下溫度均勻性好，便于合金元素?cái)U(kuò)散，熔煉真空反重力成形后合金成分均勻，性能穩(wěn)定；
3、內(nèi)襯最內(nèi)層為氧化釔，與鈦及鈦合金的化學(xué)穩(wěn)定性好，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性好，適合大批量生產(chǎn)。4、內(nèi)襯由內(nèi)向外由氧化釔、氧化鋯和氧化鈣組成梯度結(jié)構(gòu)，熱應(yīng)力通過(guò)梯度分布緩解了材料熱脹系數(shù)不匹配的問(wèn)題，燒結(jié)后坩堝內(nèi)表面抗裂性好，坩堝使用壽命長(zhǎng)。5、背層中加入了氧化鋯纖維網(wǎng)增強(qiáng)層作為增強(qiáng)體，屬同源增強(qiáng)，無(wú)熱效應(yīng)，比傳統(tǒng)的金屬網(wǎng)增強(qiáng)效果更好，減小了燒結(jié)過(guò)程產(chǎn)生微裂紋的傾向，使坩堝壁的強(qiáng)度大幅增加整體力學(xué)性能，坩堝在真空反重力鑄造成形過(guò)程中抗壓能力大幅提高，成型工藝的安全性大巾畐提聞。


圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖2是保溫圈結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是具體實(shí)施方式
九的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是具體實(shí)施方式
十的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的坩堝包括保溫圈
1、內(nèi)襯2和至少一個(gè)背層3，內(nèi)襯2的外部設(shè)有至少一個(gè)背層3，保溫圈I設(shè)置在內(nèi)襯2的上方，背層3由氧化鈣、氧化鋯或氧化鈣和氧化鋯的混合物構(gòu)成，內(nèi)襯2由氧化釔、氧化鋯和氧化鈣構(gòu)成，所述坩堝內(nèi) 襯由內(nèi)至外氧化釔的質(zhì)量百分比由100%依次減少至20%，氧化鋯和氧化鈣的質(zhì)量百分比由O %依次增加至80 %。
具體實(shí)施方式
二:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的內(nèi)襯2的厚度為2-15mm,氧化鈣、氧化鋯或氧化鈣和氧化鋯的混合物的粒度為5-1000目，此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是由內(nèi)向外由氧化釔、氧化鋯和氧化鈣組成梯度結(jié)構(gòu)，熱應(yīng)力通過(guò)梯度分布緩解了材料熱脹系數(shù)不匹配的問(wèn)題，燒結(jié)后坩堝內(nèi)表面抗裂性好，坩堝使用壽命長(zhǎng)。其它實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三:本實(shí)施方式的保溫圈為純石墨、純鎢、純錸、純鉭、純鑰或鎢、錸、鉭、鑰任意組合的合金保溫圈。此材料的優(yōu)點(diǎn)是保溫圈本身可以作為加熱體使坩堝頂部保持較高溫度，最終可有效增加坩堝內(nèi)鈦及鈦合金熔體表面層的過(guò)熱度，徹底滿足真空反重力鑄造鈦及鈦合金成形過(guò)程的需要。其它實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的所述坩堝內(nèi)襯厚度為6mm時(shí)，由內(nèi)至外厚度范圍為0-3mm時(shí)氧化釔的質(zhì)量百分比為100% ;厚度范圍為3-4.5mm時(shí)氧化釔的質(zhì)量百分比90 %-99%,氧化鈣、氧化鋯或氧化鈣和氧化鋯的質(zhì)量百分比為1% -10% ;厚度范圍為4.5-6mm時(shí)氧化釔的質(zhì)量百分比80% -89%，氧化鈣、氧化鋯或氧化鈣和氧化鋯的質(zhì)量百分比為11% _20%。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)襯最內(nèi)層為氧化釔，與鈦及鈦合金的化學(xué)穩(wěn)定性好，由內(nèi)向外由氧化釔、氧化鋯和氧化鈣組成梯度結(jié)構(gòu)，熱應(yīng)力通過(guò)梯度分布緩解了材料熱脹系數(shù)不匹配的問(wèn)題，燒結(jié)后坩堝內(nèi)表面抗裂性好，坩堝使用壽命長(zhǎng)。其它實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
五:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的所述保溫圈I為圓柱體，該圓柱體的中心設(shè)有倒置碗形凹槽1-1，內(nèi)襯2內(nèi)由第一腔2-1和第二腔2-2連通構(gòu)成，第二腔2-2的直徑小于第一腔2-1的直徑，保溫圈I設(shè)置在與其相對(duì)應(yīng)的第一腔2-1內(nèi)。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是保溫圈I定位準(zhǔn)確、固定強(qiáng)度好、反射熱效率高、可充分對(duì)坩堝內(nèi)熔體表面的加熱。其它實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的所述坩堝還包括至少一層氧化鋯纖維網(wǎng)增強(qiáng)層4，每個(gè)背層3的外部設(shè)有至少一層氧化鋯纖維網(wǎng)增強(qiáng)層4。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是保溫圈內(nèi)表面為光滑曲面結(jié)構(gòu)，可有效反射熔體中輻射熱量，增加坩堝內(nèi)鈦及鈦合金熔體表面層的過(guò)熱度。其它實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七:本實(shí)施方式的保溫圈光滑反射面的聚焦點(diǎn)保持在鈦合金熔體內(nèi)表面層3-8mm范圍內(nèi)。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是能提高熱效率，增加坩堝內(nèi)熔體表面過(guò)熱度。其它實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
八:本實(shí)施方式的保溫圈I由均等的四個(gè)分體構(gòu)成。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是保溫圈I制造難度大大降低，有效減低坩堝成。其它實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
九:結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的保溫圈I與內(nèi)襯的第一腔2-1卡接。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可有效固定保溫圈位置，充分發(fā)揮對(duì)坩堝內(nèi)熔體表面的加熱作用。其它實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五相同。

具體實(shí)施方式
十:結(jié)合圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的所述坩堝還包括多個(gè)定位柱5，保溫圈I的底端面上設(shè)有四個(gè)定位柱5，第一腔2-1的底端面上開(kāi)有與定位柱5相匹配的凹槽6，保溫圈I通過(guò)四個(gè)定位柱5與內(nèi)襯的第一腔2-1插接。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是保溫圈I定位更加精確，對(duì)坩堝內(nèi)熔體表面的加熱更加容易控制。其它實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五相同。工作原理:將坩堝搗實(shí)于鋯砂之內(nèi)既可以在真空感應(yīng)條件下熔煉鈦合金，熔煉時(shí)復(fù)合坩堝的內(nèi)襯在高溫下仍保持穩(wěn)定，不與鈦合金粘結(jié)。熔池流動(dòng)性好，熔體頂部過(guò)熱度可在原有過(guò)熱度基礎(chǔ)上提升30°C至200°C。可以滿足ZTC4、Ti55、Ti6242s、Ti_1100、Ti60、Ti600、IM1834, BT36、BT20、ZTA15等鈦合金熔煉以及真空反重力成形的需求。
權(quán)利要求
1.一種真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復(fù)合坩堝，其特征在于所述坩堝包括保溫圈(I)、內(nèi)襯(2)和至少一個(gè)背層(3)，內(nèi)襯(2)的外部設(shè)有至少一個(gè)背層(3)，保溫圈(I)設(shè)置在內(nèi)襯(2)的上方，背層(3)由氧化鈣、氧化鋯或氧化鈣和氧化鋯的混合物構(gòu)成，內(nèi)襯(2)由氧化釔、氧化鋯和氧化鈣構(gòu)成，所述坩堝內(nèi)襯由內(nèi)至外氧化釔的質(zhì)量百分比由100 %依次減少至20 %，氧化鋯和氧化鈣的質(zhì)量百分比由O %依次增加至80 %。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復(fù)合坩堝，其特征在于內(nèi)襯(2)的厚度為2-15_，氧化鈣、氧化鋯或氧化鈣和氧化鋯的混合物的粒度為5-1000目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復(fù)合坩堝，其特征在于所述保溫圈為純石墨、純鎢、純錸、純鉭、純鑰或鎢、錸、鉭、鑰任意組合的合金保溫圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復(fù)合坩堝，其特征在于所述坩堝內(nèi)襯厚度為6mm時(shí)，由內(nèi)至外厚度范圍為0-3mm時(shí)氧化釔的質(zhì)量百分比為100% ;厚度范圍為3-4.5mm時(shí)氧化釔的質(zhì)量百分比90% -99%，氧化鈣、氧化鋯或氧化鈣和氧化鋯的質(zhì)量百分比為1% -10%;厚度范圍為4.5-6mm時(shí)氧化釔的質(zhì)量百分比80% -89%，氧化鈣、氧化鋯或氧化鈣和氧化鋯的質(zhì)量百分比為11% _20%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復(fù)合坩堝，其特征在于所述保溫圈(I)為圓柱體，該圓柱體的中心設(shè)有倒置碗形凹槽(1-1)，內(nèi)襯(2)內(nèi)由第一腔(2-1)和第二腔(2-2)連通構(gòu)成，第二腔(2-2)的直徑小于第一腔(2-1)的直徑，保溫圈⑴設(shè)置在與其相對(duì)應(yīng)的第一腔(2-1)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復(fù)合坩堝，其特征在于所述坩堝還包括至少一層氧化鋯纖維網(wǎng)增強(qiáng)層(4)，每個(gè)背層(3)的外部設(shè)有至少一層氧化鋯纖維網(wǎng)增強(qiáng)層⑷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復(fù)合坩堝，其特征在于保溫圈光滑反射面的聚焦點(diǎn)保持在鈦合金熔體內(nèi)表面層3-8mm范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復(fù)合坩堝，其特征在于保溫圈(1)由均等的四個(gè)分體構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復(fù)合坩堝，其特征在于保溫圈(1)與內(nèi)襯的第一腔(2-1)卡接。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復(fù)合坩堝，其特征在于所述坩堝還包括多個(gè)定位柱(5)，保溫圈(I)的底端面上設(shè)有四個(gè)定位柱(5)，第一腔(2-1)的底端面上開(kāi)有與定位柱(5)相匹配的凹槽(6)，保溫圈(I)通過(guò)四個(gè)定位柱(5)與內(nèi)襯的第一腔(2-1)插接。
全文摘要
真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復(fù)合坩堝，它涉及一種鈦及鈦合金用復(fù)合坩堝。該裝置解決真空反重力鑄造鈦及鈦合金時(shí)使用的復(fù)合坩堝易出現(xiàn)表面開(kāi)裂、脫落及坩堝內(nèi)熔體上表面過(guò)熱度低的問(wèn)題。保溫圈設(shè)置在內(nèi)襯的上方，背層由氧化鈣、氧化鋯或氧化鈣和氧化鋯的混合物構(gòu)成，內(nèi)襯由氧化釔、氧化鋯和氧化鈣構(gòu)成，所述坩堝內(nèi)襯由內(nèi)至外氧化釔的質(zhì)量百分比由100％依次減少至20％，氧化鋯和氧化鈣的質(zhì)量百分比由0％依次增加至80％。本發(fā)明用于真空反重力鑄造鈦及鈦合金成形領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F27B14/10GK103217014SQ20131012515
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者鄒鶉?guó)Q, 王宏偉, 魏尊杰, 朱兆軍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)