專利名稱：鈦基合金的水冷電磁銅型定向凝固方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬定向凝固方法。
背景技術(shù)：
定向凝固是在控制鑄件內(nèi)部傳熱、傳質(zhì)和流動的條件下，金屬(或晶體類材料)能夠沿固定生長方向進(jìn)行凝固或結(jié)晶的過程。定向凝固后金屬的組織特征是與凝固熱流方向平行的一組平行柱狀晶，如果能夠適當(dāng)控制晶粒的生長過程，例如抑制外來生核，則晶體可以長成只有一個晶粒的結(jié)晶組織，稱為單晶體。由此可見定向凝固是在滿足單向的熱量和質(zhì)量傳遞基本條件下的特殊的材料加工工藝。目前這種限制性凝固技術(shù)的發(fā)展，一方面為現(xiàn)代凝固技術(shù)的發(fā)展提供強有力的理論支撐，例如關(guān)于許多凝固現(xiàn)象都要依賴于定向凝固方法來系統(tǒng)研究，另一方面為工程上提供大量性能優(yōu)異和實用化的結(jié)構(gòu)和功能材料，如定向或單晶的高溫合金航空葉片、半導(dǎo)體硅電子材料、磁致伸縮材料、晶體發(fā)光材料、金屬間化合物及各種金屬基及無機復(fù)合材料等等。定向凝固技術(shù)的優(yōu)越性直接表現(xiàn)在可以大范圍控制凝固速率尺度，即定向凝固時材料的冷卻速率可由10-4K/·S到104K/·S大范圍變化，因此能從制備極慢的平衡組織到遠(yuǎn)離平衡的超細(xì)或亞穩(wěn)態(tài)組織狀態(tài)的大范圍調(diào)整，又由于材料的組織狀態(tài)與性能指標(biāo)密切相關(guān)，所以定向凝固為材料成形制備過程提供了廣泛的空間。當(dāng)前世界上幾乎所有的民用及軍用先進(jìn)發(fā)動機的渦輪及導(dǎo)向葉片，均采用了定向及單晶凝固的高溫合金制造，極大的提高了材料的高溫使用性能，這一事實充分體現(xiàn)了定向凝固技術(shù)的突出貢獻(xiàn)。
眾所周知的鈦及其合金是一類在高溫狀態(tài)尤其是熔融條件下極為活潑的材料，自從二次世界大戰(zhàn)以后，鈦及其合金逐步進(jìn)入實用化階段，這主要是鈦所具有的優(yōu)異力學(xué)和物理性能所致，如低的密度、高的比強度和比剛度、高熔點、無磁性、耐腐蝕性和一定的耐熱性等優(yōu)點，在航空、航天、艦船、汽車、建筑、化工等諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，素有鈦“鋼”或二十一世紀(jì)的金屬之稱。但鈦的化學(xué)活性大，加工、成形和制備較為困難，歷來制約著這類材料的發(fā)展和應(yīng)用。當(dāng)前用于鈦及其合金的加工方式主要包括變形軋制、機械加工、粉末冶金和鑄錠冶金幾大類，幾種成形方式的優(yōu)缺點如表1所示。
表1 幾種適用于鈦合金的制備成形方法的比較

傳統(tǒng)的定向凝固技術(shù)主要是依據(jù)定向凝固設(shè)備或裝置所能實現(xiàn)溫度梯度的不同，被劃分為功率降低法、快速凝固法和液態(tài)金屬冷卻法。液態(tài)金屬冷卻法是當(dāng)前較為實用的定向凝固技術(shù)，由于采用熱容量大的常溫液態(tài)金屬進(jìn)行冷卻，鑄錠凝固中所釋放的熱量被迅速帶走，如果將液態(tài)金屬與鑄錠直接接觸，改善熱交換條件，還會在固液界面處形成很高的溫度梯度。將液態(tài)金屬冷卻裝置(LMC)與Bridgman法、提拉法或者區(qū)熔法等結(jié)合，已經(jīng)發(fā)展出多種定向凝固技術(shù)。但傳統(tǒng)定向凝固中，由于試件的冷卻速率受到固相端熱量導(dǎo)出速率的限制，很難獲得均勻的冷卻速率，又由于為了獲得均勻細(xì)化的定向凝固組織，大大降低了抽拉速度，生產(chǎn)效率低的問題很難解決。
為了細(xì)化定向凝固組織、減少凝固偏析和提高凝固速率，近年來研究了各種新型的定向凝固技術(shù)。包括高梯度定向凝固方法、深過冷定向凝固方法、特種合金的電磁約束成形定向凝固方法、單晶連鑄定向凝固方法、晶向控制定向凝固方法、高強韌陶瓷材料的定向凝固方法，上述方法均不能用于鈦基合金的定向凝固，這是由于鈦合金自身的高活潑性，在對其開展定向凝固時一個關(guān)鍵的問題就是如何避免容器材料(坩堝和鑄型)對合金的污染，以便保持合金化學(xué)成分的準(zhǔn)確性，消除物理和化學(xué)夾雜物對定向凝固鑄件的侵蝕，保證合金經(jīng)定向凝固制備后仍然具有較高的物理和力學(xué)性能，適于在特殊工業(yè)裝備和場合的應(yīng)用。
電磁流體力學(xué)通過將電磁場與流體力學(xué)相結(jié)合，為闡明流體在磁場作用下的各種行為奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)麥克斯韋電磁理論，交變電磁場能夠?qū)⒆陨淼哪芰吭谶B續(xù)介質(zhì)中進(jìn)行轉(zhuǎn)化，高溫下呈流動狀態(tài)的金屬或合金，由于電導(dǎo)率高、磁阻小很容易受到磁場的焦耳熱作用和洛侖茲力作用，這樣在工業(yè)中就出現(xiàn)了電磁感應(yīng)熔化、電磁攪拌、熔體形狀控制、驅(qū)動/抑制流體流動、懸浮和霧化等多種形式的金屬電磁加工技術(shù)。
目前，利用電磁流體力學(xué)原理的電磁連續(xù)鑄造技術(shù)得到了很大發(fā)展，其原理為當(dāng)感應(yīng)產(chǎn)生渦流后，渦流與磁場力相互作用，產(chǎn)生指向金屬液內(nèi)部的電磁推力，當(dāng)推力大于金屬液靜壓力時液態(tài)金屬被推離感應(yīng)器形成液柱，通過對下部金屬的冷卻和抽拉，形成了連續(xù)的鑄造過程。電磁鑄造技術(shù)(EMC)已經(jīng)成功應(yīng)用到鋁合金的無模連續(xù)鑄造中，每年依靠這種方法生產(chǎn)的鋁合金錠坯約占世界總產(chǎn)量的30％以上。在鋼鐵坯錠生產(chǎn)中，人們也開始利用電磁場取代結(jié)晶器的作用使金屬成型，以消除鑄坯與結(jié)晶器相對摩擦而造成的表面缺陷。
然而鋼鐵材料密度大，只有在很大能量的電磁場作用下，電磁推力才能使得金屬液柱保持側(cè)面直立，實際中的交變電磁場不可能產(chǎn)生這樣高的能量。1984年美國通用電器公司申報了在結(jié)晶器外施加交變電磁場，依靠結(jié)晶器壁承擔(dān)部分金屬液靜壓力的所謂軟接觸結(jié)晶器的專利，通過電磁推力與結(jié)晶器壁共同承擔(dān)金屬液靜壓力，減少了動壓，為生產(chǎn)具有優(yōu)異表面質(zhì)量的鋼鐵坯錠材料奠定了基礎(chǔ)，被稱為軟接觸電磁連鑄技術(shù)。此后，該技術(shù)在美國、法國、日本、韓國等國家以及國內(nèi)都得到快速發(fā)展，采用軟接觸結(jié)晶器技術(shù)使得連鑄坯質(zhì)量明顯提高，而所用的電磁推力遠(yuǎn)小于無模電磁連鑄的電磁力。
電磁軟接觸式連鑄技術(shù)的發(fā)展，在改善連鑄鋼坯質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率和縮短工藝流程方面具有明顯優(yōu)勢，為生產(chǎn)無缺陷鑄坯提供了技術(shù)保障。由于鋼鐵材料軟接觸電磁連鑄技術(shù)的開發(fā)成功，帶動了材料的電磁場加工技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入上世紀(jì)90年代以后，該技術(shù)還向無彎月面連鑄的方向發(fā)展，即熱帽電磁連鑄技術(shù)，通過在連鑄結(jié)晶器的上部設(shè)置保溫帽口，維持金屬液量和溫度恒定，同時在結(jié)晶器/液態(tài)金屬/保溫帽口交界點處施加高頻電磁場，有效改善鑄坯的初始凝固條件，控制了金屬液的起始凝固位置，進(jìn)一步改善了鑄坯的表面質(zhì)量。
申請人申報的多功能冷坩堝電磁精確成形與定向凝固裝置，在該裝置的爐體內(nèi)設(shè)有料棒，料棒包括上料棒和下料棒(下料棒又稱底料)，上料棒通過上送料桿與上部電機連接，下料棒通過下抽拉桿與下部電機連接，所述下抽拉桿的下端還與旋角系統(tǒng)連接，在料棒的外部、感應(yīng)線圈的內(nèi)部設(shè)有水冷坩堝，爐體為雙層結(jié)構(gòu)，在爐體的內(nèi)部下方即下料棒的正下方設(shè)有定向凝固結(jié)晶器，在定向凝固結(jié)晶器的內(nèi)部裝有金屬冷卻劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種與冷坩堝電磁精確成形與定向凝固裝置配合使用的、可以對鈦及其合金進(jìn)行加工、具有過程連續(xù)和流程短特點的鈦基合金的水冷電磁銅型定向凝固方法，在冷坩堝電磁精確成形與定向凝固裝置的爐體內(nèi)為先抽真空到0.05～1Pa，后返充氬氣到300～400Pa，爐體內(nèi)部設(shè)有料棒1，料棒1在外部設(shè)有水冷銅型2，水冷銅型2的外部設(shè)有感應(yīng)線圈3，線圈3的匝數(shù)為2～4匝，所述料棒1包括上料棒1-1和底料1-2，在上料棒1-1和底料1-2送入線圈3的感應(yīng)范圍后，底料伸入銅型內(nèi)50～70mm，線圈3通入單相交流電，電源施加功率為40～70kW，4～16分鐘后，將上料棒1-1和底料1-2以1.4～80μm/s的速度向下運動，并使底料進(jìn)入設(shè)置在其下方的結(jié)晶器9內(nèi)即可。本發(fā)明針對鈦合金，在水冷銅型中通過將電磁連續(xù)成形與定向凝固技術(shù)二者結(jié)合在一起，構(gòu)成連續(xù)定向凝固體系。它通過帶有感應(yīng)加熱功能的感應(yīng)線圈對需要定向凝固的金屬開展熔化、過熱、約束形狀、成形和凝固，而這些過程都是在對金屬不會造成污染的分瓣式水冷銅型中進(jìn)行的。金屬液體在凝固過程中所需要保持的固液界面溫度梯度是通過銅型內(nèi)被過熱熔體的高溫度與已經(jīng)伸入到下面的室溫液態(tài)金屬低熔點金屬液中的低溫度獲得的，通過保持穩(wěn)定的凝固速度，從而使固液界面保持穩(wěn)定，這樣就會維持這種連續(xù)的、定向的凝固過程的順利進(jìn)行。本發(fā)明的方法與幾類適用于鈦及其合金的加工方法比較具有過程連續(xù)和流程短的特點，尤其是在適當(dāng)控制傳熱和傳質(zhì)及流動的加工條件下可以有目的的調(diào)整構(gòu)件的組織形態(tài)，減少加工缺陷，有利于提高合金的綜合力學(xué)性能，特別是對于高溫使用很重要的高溫力學(xué)性能。為此本發(fā)明具有如下重要意義發(fā)展了針對鈦合金等先進(jìn)材料的優(yōu)質(zhì)、高效、安全、特殊和低成本的材料成形與制備技術(shù)，適應(yīng)了當(dāng)前經(jīng)濟、科技和國防事業(yè)發(fā)展對高性能材料需求量增大的迫切要求，保證我們在參與激烈的國際競爭過程中立于不敗之地，同時發(fā)展先進(jìn)的、特殊的加工成形方法也為降低生產(chǎn)成本和改善與生活環(huán)境的相容性奠定了基礎(chǔ)。


圖1是本發(fā)明方法所結(jié)合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是水冷銅型2與水管8連接結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是圖2的A-A剖視圖，圖4是上送料桿21與上料棒1的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的工作過程如下參照圖1，將爐體4通過螺栓安裝在支撐框架6上，支撐框架6呈水平用地腳螺栓6-1連接穩(wěn)定地固定于地面之上；在爐體4內(nèi)底部有兩組循環(huán)水通道7，循環(huán)水通道7將爐體4與水管8連通，水管8的另一端與水冷銅型2連通，從而將爐體的水路與水冷銅型的水路連通；通過銅管8和循環(huán)水通道7的連接，還可以對水冷銅型2起到支撐作用；內(nèi)部通水冷卻的結(jié)晶器9采用焊接方式固定在爐體4的底部居中位置，其底部伸向爐體4的外部，為所實施的定向凝固提供強制冷卻作用，其冷卻作用是通過其內(nèi)部盛裝的低熔點合金冷卻液10實現(xiàn)的，低熔點合金冷卻液10為二元合金液或三元合金液，所述二元合金液為Ga-24.5％，In-75.5％，所述三元合金液為Ga-25％，In-13％，Sn-62％，或者三元合金液為Ga-21％，In-16％，Sn-63％。；在冷坩堝電磁精確成形與定向凝固裝置的爐體內(nèi)為先抽真空到0.05～1Pa，后返充氬氣到300～400Pa，爐體內(nèi)部設(shè)有料棒1，料棒1在外部設(shè)有水冷銅型2，水冷銅型2的外部設(shè)有感應(yīng)線圈3，線圈3的匝數(shù)為2～4匝，所述料棒1包括上料棒1-1和底料1-2，在上料棒1-1和底料1-2送入線圈3的感應(yīng)范圍后，底料伸入銅型內(nèi)50～70mm，線圈3通入單相交流電，電源施加功率為40～70KW，4～16分鐘后，將上料棒1-1和底料1-2以1.4～80μm/s的速度向下運動，并使底料進(jìn)入設(shè)置在其下方的結(jié)晶器9內(nèi)即可。結(jié)晶器9的中心有內(nèi)部水套式循環(huán)水冷卻的移料桿即下抽拉桿11，下抽拉桿11與結(jié)晶器9底部動密封連接，在定向凝固時作向下運動，起到將凝固的合金坯錠移離水冷銅型2的熱區(qū)部分18的作用；下抽拉桿11的上下運動依靠固定在底座12上的伺服電機13帶動，電機13帶動與其連接的螺紋桿14運動，螺紋桿14帶動與其連接的同步桿15運動，再通過同步桿15帶動下抽拉桿11上下運動；下抽拉桿11的下端與固定在底座16上的旋角電機17連接，通過旋角電機17調(diào)整靠模角度和靠模形狀可帶動下抽拉桿11做小角度轉(zhuǎn)動。
水冷銅型2由紫銅圓錠經(jīng)機械加工而成，內(nèi)部通孔，內(nèi)部通孔的直徑為30mm，如圖2所示，水冷銅型2為內(nèi)外通縫式分瓣結(jié)構(gòu)，相鄰兩瓣之間的縫隙34的寬度L為0.3-0.8mm，縫隙34中填充云母低電導(dǎo)率材料使得瓣與瓣之間電絕緣，但縫隙34不貫穿整個高度方向，從上到下延長到三分之二至四分之三處為止；二到四匝螺旋式內(nèi)部通水冷卻的薄壁純銅管線圈3緊密纏繞在水冷銅型2的外表面，當(dāng)線圈3內(nèi)部通入由電源供給的不同頻率的交變電流時，可以激發(fā)交變磁場，并通過水冷銅型分瓣壁向內(nèi)部擴散，產(chǎn)生加工過程所需要的熱區(qū)18，由于電源頻率不同對熱區(qū)的能量分布影響很大，本方法選擇了20kHz、50kHz和100kHz三種頻率中的一種；另外為了保證熱區(qū)穩(wěn)定，線圈3向銅型2的不分縫區(qū)域延伸半匝距離左右；薄壁純銅管線圈3向外延伸的兩并排連接頭，通過螺母和密封膠墊圈固定到已經(jīng)通過絕緣盤19固定到爐體4上的電極接頭20上，線圈3和水冷銅型2安裝時要保持垂直度要求，以保證與料棒1同心；上送料桿21固定在同步桿22上，同步桿22與電機23連接，從而在送料速度可調(diào)的數(shù)字式伺服電機23的帶動下完成送料運動，為了保證上送料桿21在送料過程中不發(fā)生熱變形，所述上送料桿21采用水套結(jié)構(gòu)，上送料桿21與爐體4之間用動密封連接，電機23通過已經(jīng)焊接到爐體上的支架24固定；工作時，首先將底料1-2送入水冷銅型2內(nèi)，此時起始溶化料35已經(jīng)與底料1-2熔接在一起形成了終料棒，溶化料35溶化后所形成的直徑為25～28mm，再通過上送料桿21將上料棒1-1送入水冷銅型2內(nèi)，進(jìn)入銅管線圈3范圍內(nèi)，但與溶化料35留出適當(dāng)間隙，上料棒1-1和底料1-2進(jìn)入線圈3感應(yīng)范圍的時間為，底料1-2先于上料棒1-15～10分鐘進(jìn)入，底料伸入銅型內(nèi)50～70mm；當(dāng)銅管線圈3內(nèi)通入電源的高頻單相交流電后，在電磁感應(yīng)作用下，通過分瓣水冷銅型2內(nèi)部，會在原料棒1-1和底料1-2上產(chǎn)生焦耳熱和電磁推力，從而形成上部熔化、下部磁力約束的效果，熔滴落在底料1-2的熔體上并被約束后熱成形，保持4～16分鐘后，上送料桿21、下抽拉桿11在電機的帶動下向下運動，上送料桿21和下抽拉桿11向下運動的速度為1.4～80μm/s，上送料桿21的速度根據(jù)下抽拉桿11確定；熔體逐漸凝固，下抽拉桿11帶動底料1-2向下運動進(jìn)入結(jié)晶器9內(nèi)保持溫度梯度，從而獲得良好的定向凝固組織；為改善成形過程的潤滑性和減弱水冷銅型2的激冷性，在加工準(zhǔn)備時，在內(nèi)壁均勻涂敷熔劑材料，所用熔劑為二元熔劑或三元熔劑或四元熔劑，按重量百分比計，二元熔劑為CaO-70％、CaF2-30％；三元熔劑為CaO-70％、CaF2-10％、CaCl2-20％；四元熔劑為CaO-70％、CaF2-10％、CaCl2-5％、MgCl2-15％。參照圖4，雙向盲孔聯(lián)結(jié)螺母25通過上螺紋，下銷釘?shù)姆绞綄⑸纤土蠗U21和上料棒1-1連接起來，即雙向盲孔聯(lián)結(jié)螺母25的上端與上送料桿21通過螺紋結(jié)構(gòu)連接，在聯(lián)結(jié)螺母25的側(cè)面開孔25-1，孔25-1使測溫的熱電偶絲26能順利通過，熱電偶絲26引出端固定到接線盤27上并通過爐內(nèi)補償導(dǎo)線28和爐外導(dǎo)線29向外延伸并與測溫裝置聯(lián)接；雙向盲孔聯(lián)結(jié)螺母25的下端通過銷釘36與上料棒1-1連接，銷釘36與螺母25、上料棒1-1都為松配合方式，這樣可以保證上料棒1-1在進(jìn)入水冷銅型2時具有足夠的串動空間；爐體4的法蘭口4-1為爐室抽真空和反充保護氣體提供通道，抽真空過程由常規(guī)的真空系統(tǒng)完成；需要時，向爐體內(nèi)充保護氣體，保護氣體由氣體瓶供氣；用于固定多路信號采集端子30的法蘭盤31，采用密封膠圈密封并固定到爐體4上；本發(fā)明方法需要的所有水冷卻系統(tǒng)都通過水管與水箱相連接，并通過水泵供水；爐體4的頂部有觀察窗口32，內(nèi)部夾持耐高溫透明石英玻璃33可觀察爐內(nèi)加熱情況。
本發(fā)明的工作原理包括電磁約束和定向凝固兩個方面，在電磁約束方面，高頻磁場將原料感應(yīng)熔化，并形成駝峰，通過送料桿速度控制駝峰高度，增大功率使熔體過熱度增大，且與銅型內(nèi)壁接觸面積減小，減小凝殼效應(yīng)，使熔體處于穩(wěn)定形態(tài)；在定向凝固方面，由于液態(tài)金屬的超高強度冷卻，形成大的溫度梯度分布，電磁場攪拌使熔質(zhì)分布均勻，電磁約束的軟接觸效應(yīng)，使得側(cè)向散熱得到抑制，最后形成平界面的固液界面，最后獲得水冷銅型的無污染定向凝固。
具體實施方式
二本實施方式為采用本發(fā)明方法對鈦基合金實施定向凝固過程，合金成分為Ti-6wt％Al-4wt％V，這是一種通用鈦合金，占目前工業(yè)鈦合金使用量的90％以上，在速度為1mm/min，功率為48KW的條件下對這種合金施行定向凝固，對獲得試樣縱刨，打磨腐蝕后，整個刨面有三個大的柱狀晶粒，凝固界面為平界面，可以獲得定向凝固組織。定向凝固后的合金的抗拉強度變化不大，延伸率由8.2％提高到12.7％。
具體實施方式
三本實施方式為采用本發(fā)明方法對另一種鈦基合金實施定向凝固過程，合金成分為Ti-36wt％Al合金，這是一種含高量鋁的鈦基金屬間化合物材料，屬于新型輕質(zhì)耐高溫結(jié)構(gòu)材料，在航空發(fā)動機等高溫部件中有著廣泛的應(yīng)用前景，在抽拉速度為0.2mm/min，功率為48KW時對這種化合物材料施行定向凝固，也可以獲得定向凝固組織，說明在低出料速度情況下，可以獲得具有凝固特征的定向凝固組織?？估瓘姸扔设T態(tài)的245MPa提高到287MPa，延伸率由0.1％提高到0.35％。
具體實施方式
四本實施方式為采用本發(fā)明方法對鈦基合金實施定向凝固過程，合金成分為Ti-6wt％Al-4wt％V，這是一種通用鈦合金，占目前工業(yè)鈦合金使用量的90％以上，在速度為1mm/min，功率為56KW的條件下對這種合金施行定向凝固，對獲得試樣縱刨，打磨腐蝕后，整個刨面有三個大的柱狀晶粒，凝固界面為平界面，可以獲得定向凝固組織。定向凝固后的合金的抗拉強度變化不大，延伸率由8.2％提高到12.7％。
具體實施方式
五本實施方式為采用本發(fā)明方法對鈦基合金實施定向凝固過程，合金成分為Ti-6wt％Al-4wt％V，這是一種通用鈦合金，占目前工業(yè)鈦合金使用量的90％以上，在速度為1mm/min，功率為66KW的條件下對這種合金施行定向凝固，對獲得試樣縱刨，打磨腐蝕后，整個刨面有三個大的柱狀晶粒，凝固界面為平界面，可以獲得定向凝固組織。定向凝固后的合金的抗拉強度變化不大，延伸率由8.2％提高到12.7％。
權(quán)利要求
1.一種鈦基合金的水冷電磁銅型定向凝固方法，其特征在于在冷坩堝電磁精確成形與定向凝固裝置的爐體內(nèi)為先抽真空到0.05～1Pa，后返沖氬氣到300～400Pa，爐體內(nèi)部設(shè)有料棒(1)，料棒(1)在外部設(shè)有水冷銅型(2)，水冷銅型(2)的外部設(shè)有感應(yīng)線圈(3)，線圈(3)的匝數(shù)為2～4匝，所述料棒(1)包括上料棒(1-1)和底料(1-2)，在上料棒(1-1)和底料(1-2)送入線圈(3)的感應(yīng)范圍后，底料伸入銅型內(nèi)50～70mm，線圈(3)通入單相交流電，電源施加功率為40～70kW，4～16分鐘后，將上料棒(1-1)和底料(1-2)以1.4～80μm/s的速度向下運動，并使底料進(jìn)入設(shè)置在其下方的結(jié)晶器(9)內(nèi)即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦基合金的水冷電磁銅型定向凝固方法，其特征在于通入的單相交流電為20kHz、50kHz、100kHz三種頻率中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦基合金的水冷電磁銅型定向凝固方法，其特征在于所述底料(1-2)上端熔有溶化料(35)，所述溶化料(35)溶化后所形成的直徑為25～28mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦基合金的水冷電磁銅型定向凝固方法，其特征在于上料棒(1-1)和底料(1-2)進(jìn)入線圈(3)感應(yīng)范圍的時間為，底料(1-2)先于上料棒(1-1)5～10分鐘進(jìn)入。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的鈦基合金的水冷電磁銅型定向凝固方法，其特征在于所述水冷銅型(2)為內(nèi)外通縫式分瓣結(jié)構(gòu)，相鄰兩瓣之間的縫隙(34)的寬度(L)為0.3-0.8mm，縫隙(34)中填充絕緣材料，縫隙(34)的高度(K)為水冷銅型高度(H)的三分之二至四分之三。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈦基合金的水冷電磁銅型定向凝固方法，其特征在于線圈(3)與水冷銅型(2)之間的安裝位置為，線圈(3)向水冷銅型(2)下端的不分縫區(qū)域延伸半匝距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈦基合金的水冷電磁銅型定向凝固方法，其特征在于在所述水冷銅型(2)的內(nèi)壁均勻涂敷熔劑材料，所用熔劑為二元熔劑或三元熔劑或四元熔劑，按重量百分比計，二元熔劑為CaO-70％、CaF2-30％；三元熔劑為CaO-70％、CaF2-10％、CaCl2-20％；四元熔劑為CaO-70％、CaF2-10％、CaCl2-5％、MgCl2-15％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的鈦基合金的水冷電磁銅型定向凝固方法，其特征在于所述結(jié)晶器(9)內(nèi)裝有低熔點合金冷卻液(10)，所述低熔點合金冷卻液(10)為二元合金液或三元合金液，所述二元合金液為Ga-24.5％，In-75.5％，所述三元合金液為Ga-25％，In-13％，Sn-62％，或者三元合金液為Ga-21％，In-16％，Sn-63％。
全文摘要
鈦基合金的水冷電磁銅型定向凝固方法，它涉及一種金屬定向凝固方法。傳統(tǒng)定向凝固方法很難獲得均勻的冷卻速率，生產(chǎn)效率低。本發(fā)明方法在冷坩堝電磁精確成形與定向凝固裝置的爐體內(nèi)抽真空，真空度為0.05～300Pa，線圈3通入單相交流電，電源施加功率為40～70kW，4～16分鐘后，將上料棒1－1和底料1－2以1.4～80μm/s的速度向下運動，并使底料進(jìn)入設(shè)置在其下方的結(jié)晶器9內(nèi)即可。本發(fā)明方法具有過程連續(xù)和流程短的特點，尤其是在適當(dāng)控制傳熱和傳質(zhì)及流動的加工條件下可以有目的調(diào)整構(gòu)件的組織形態(tài)，減少加工缺陷，有利于提高合金的綜合力學(xué)性能，特別是對于高溫使用很重要的高溫力學(xué)性能，利于推廣應(yīng)用。
文檔編號B22D11/049GK1597184SQ20041004379
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月11日
發(fā)明者丁宏升, 陳瑞潤, 畢維生, 郭景杰, 賈均, 傅恒志, 蘇彥慶 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)