真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復合坩堝制造技術

真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復合坩堝，它涉及一種鈦及鈦合金用復合坩堝。該裝置解決真空反重力鑄造鈦及鈦合金時使用的復合坩堝易出現表面開裂、脫落及坩堝內熔體上表面過熱度低的問題。保溫圈設置在內襯的上方，背層由氧化鈣、氧化鋯或氧化鈣和氧化鋯的混合物構成，內襯由氧化釔、氧化鋯和氧化鈣構成，所述坩堝內襯由內至外氧化釔的質量百分比由100％依次減少至20％，氧化鋯和氧化鈣的質量百分比由0％依次增加至80％。本發明專利技術用于真空反重力鑄造鈦及鈦合金成形領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種真空反重力成形用復合坩堝。
技術介紹
真空反重力鑄造具有充型平穩、復雜鑄件成形性好、鑄件內部質量好的優點，目前廣泛應用于鋁合金、鎂合金以及銅合金復雜鑄件生產。幾年來隨著鈦合金鑄件復雜性、可靠性以及規模性的要求越來越高,對于真空反重力鑄造生產鈦合金件的需求急劇上升。但由于鈦及鈦合金的熔點高，并且熔融狀態下化學活性非常高，幾乎可以與目前現有的工程材料均發生反應，因此其熔煉難度特別大。目前工業應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(包括強制水冷銅坩堝熔煉和非水冷氧化物、氮化物坩堝熔煉)。對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程升液管位置沖突，因此在實際鈦及鈦合金真空反重力成形中極少應用。冷坩堝熔煉鈦及鈦合金熔體冷卻很快，坩堝內鈦及鈦合金熔體溫差巨大，頂部溫度較低，表面合金層熔體過熱度只有幾十度至一百度左右，表面熔體較低的過熱度經常導致升液管進入熔體后，合金液凍在升液管內，進而導致無法完成整個反重力成形工藝過程，嚴重的還會導致設備損壞，目前現有的熔煉鈦及鈦合金使用的坩堝無法滿足真空反重力鑄造生產的工藝要求。因此，制造適合真空反重力鑄造生產鈦及鈦合金用的坩堝具有重大的實際應用價值，特別是在現有科技水平和坩堝制備技術條件下，有必要開發新的坩堝使其能改變表面合金層熔體過熱度低的現狀，推進真空反重力鑄造鈦及鈦合金成形技術的大規模應用。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復合坩堝，為解決真空反重力鑄造鈦及鈦合金時使用的復合坩 堝易出現表面開裂、脫落及堝內合金熔體表面層過熱度低問題。本專利技術為解決上述技術問題采取的技術方案是:所述坩堝包括保溫圈、內襯和至少一個背層，內襯的外部設有至少一個背層，保溫圈設置在內襯的上方，背層由氧化鈣、氧化鋯或氧化鈣和氧化鋯的混合物構成，內襯由氧化釔、氧化鋯和氧化鈣構成，所述坩堝內襯由內至外氧化釔的質量百分比由100%依次減少至20%，氧化鋯和氧化鈣的質量百分比由O %依次增加至80%。本專利技術具有以下有益效果:1、坩堝頂部設置保溫圈，保溫圈內表面為光滑曲面結構，可有效反射熔體中輻射熱量，加之熔化過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鈦及鈦合金熔體表面層的過熱度，徹底滿足真空反重力鑄造鈦及鈦合金成形過程的需要；2、坩堝內可形成較深的熔池，坩堝上下溫度均勻性好，便于合金元素擴散，熔煉真空反重力成形后合金成分均勻，性能穩定；3、內襯最內層為氧化釔，與鈦及鈦合金的化學穩定性好，所需設備簡單，產品質量穩定性好，適合大批量生產。4、內襯由內向外由氧化釔、氧化鋯和氧化鈣組成梯度結構，熱應力通過梯度分布緩解了材料熱脹系數不匹配的問題，燒結后坩堝內表面抗裂性好，坩堝使用壽命長。5、背層中加入了氧化鋯纖維網增強層作為增強體，屬同源增強，無熱效應，比傳統的金屬網增強效果更好，減小了燒結過程產生微裂紋的傾向，使坩堝壁的強度大幅增加整體力學性能，坩堝在真空反重力鑄造成形過程中抗壓能力大幅提高，成型工藝的安全性大巾畐提聞。附圖說明圖1是本專利技術整體結構主視圖，圖2是保溫圈結構示意圖，圖3是具體實施方式九的結構示意圖，圖4是具體實施方式十的結構示意圖。具體實施例方式具體實施方式一:結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的坩堝包括保溫圈1、內襯2和至少一個背層3，內襯2的外部設有至少一個背層3，保溫圈I設置在內襯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成，內襯2由氧化釔、氧化鋯和氧化鈣構成，所述坩堝內 襯由內至外氧化釔的質量百分比由100%依次減少至20%，氧化鋯和氧化鈣的質量百分比由O %依次增加至80 %。具體實施方式二:結合圖1說明本實施方式，本實施方式的內襯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，此結構的優點是由內向外由氧化釔、氧化鋯和氧化鈣組成梯度結構，熱應力通過梯度分布緩解了材料熱脹系數不匹配的問題，燒結后坩堝內表面抗裂性好，坩堝使用壽命長。其它實施方式與具體實施方式一相同。具體實施方式三:本實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。此材料的優點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鈦及鈦合金熔體表面層的過熱度，徹底滿足真空反重力鑄造鈦及鈦合金成形過程的需要。其它實施方式與具體實施方式一或二相同。具體實施方式四:結合圖1說明本實施方式，本實施方式的所述坩堝內襯厚度為6mm時，由內至外厚度范圍為0-3mm時氧化釔的質量百分比為100% ;厚度范圍為3-4.5mm時氧化釔的質量百分比90 %-99%,氧化鈣、氧化鋯或氧化鈣和氧化鋯的質量百分比為1% -10% ;厚度范圍為4.5-6mm時氧化釔的質量百分比80% -89%，氧化鈣、氧化鋯或氧化鈣和氧化鋯的質量百分比為11% _20%。此結構的優點是內襯最內層為氧化釔，與鈦及鈦合金的化學穩定性好，由內向外由氧化釔、氧化鋯和氧化鈣組成梯度結構，熱應力通過梯度分布緩解了材料熱脹系數不匹配的問題，燒結后坩堝內表面抗裂性好，坩堝使用壽命長。其它實施方式與具體實施方式三相同。具體實施方式五:結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的所述保溫圈I為圓柱體，該圓柱體的中心設有倒置碗形凹槽1-1，內襯2內由第一腔2-1和第二腔2-2連通構成，第二腔2-2的直徑小于第一腔2-1的直徑，保溫圈I設置在與其相對應的第一腔2-1內。此結構的優點是保溫圈I定位準確、固定強度好、反射熱效率高、可充分對坩堝內熔體表面的加熱。其它實施方式與具體實施方式一相同。具體實施方式六:結合圖1說明本實施方式，本實施方式的所述坩堝還包括至少一層氧化鋯纖維網增強層4，每個背層3的外部設有至少一層氧化鋯纖維網增強層4。此結構的優點是保溫圈內表面為光滑曲面結構，可有效反射熔體中輻射熱量，增加坩堝內鈦及鈦合金熔體表面層的過熱度。其它實施方式與具體實施方式一相同。具體實施方式七:本實施方式的保溫圈光滑反射面的聚焦點保持在鈦合金熔體內表面層3-8mm范圍內。此結構的優點是能提高熱效率，增加坩堝內熔體表面過熱度。其它實施方式與具體實施方式一相同。具體實施方式八:本實施方式的保溫圈I由均等的四個分體構成。此結構的優點是保溫圈I制造難度大大降低，有效減低坩堝成。其它實施方式與具體實施方式一相同。具體實施方式九:結合圖3說明本實施方式，本實施方式的保溫圈I與內襯的第一腔2-1卡接。此結構的優點是可有效固定保溫圈位置，充分發揮對坩堝內熔體表面的加熱作用。其它實施方式與具體實施方式五相同。 具體實施方式十:結合圖4說明本實施方式，本實施方式的所述坩堝還包括多個定位柱5，保溫圈I的底端面上設有四個定位柱5，第一腔2-1的底端面上開有與定位柱5相匹配的凹槽6，保溫圈I通過四個定位柱5與內襯的第一腔2-1插接。此結構的優點是保溫圈I定位更加精確，對坩堝內熔體表面的加熱更加容易控制。其它實施方式與具體實施方式五相同。工作原理:將坩堝搗實于鋯砂之內既可以在真空感應條件下熔煉鈦合金，熔煉時復合坩堝的內襯在高溫下仍保持穩定，不與鈦合金粘結。熔池流動性好，熔體頂部過本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復合坩堝，其特征在于所述坩堝包括保溫圈(1)、內襯(2)和至少一個背層(3)，內襯(2)的外部設有至少一個背層(3)，保溫圈(1)設置在內襯(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成，內襯(2)由氧化釔、氧化鋯和氧化鈣構成，所述坩堝內襯由內至外氧化釔的質量百分比由100％依次減少至20％，氧化鋯和氧化鈣的質量百分比由0％依次增加至80％。

【技術特征摘要】
1.一種真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復合坩堝，其特征在于所述坩堝包括保溫圈(I)、內襯(2)和至少一個背層(3)，內襯(2)的外部設有至少一個背層(3)，保溫圈(I)設置在內襯(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成，內襯(2)由氧化釔、氧化鋯和氧化鈣構成，所述坩堝內襯由內至外氧化釔的質量百分比由100 %依次減少至20 %，氧化鋯和氧化鈣的質量百分比由O %依次增加至80 %。2.根據權利要求1所述真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復合坩堝，其特征在于內襯(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.根據權利要求1或2所述真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復合坩堝，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.根據權利要求3所述真空反重力鑄造鈦及鈦合金用復合坩堝，其特征在于所述坩堝內襯厚度為6mm時，由內至外厚度范圍為0-3mm時氧化釔的質量百分比為100% ;厚度范圍為3-4.5mm時氧化釔的質量百分比90% -99%，氧化鈣、氧化鋯或氧化鈣和氧化鋯的質量百分比為1% -10%;厚度范圍為4.5-6mm時氧化釔的質量百分比80% -89%，氧化鈣、氧化鋯或氧化鈣和氧化鋯的質量百...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄒鶉鳴，王宏偉，魏尊杰，朱兆軍，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：