[发明专利]高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备和方法

说明书

高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备和方法，它涉及一种制备高温合金的设备和方法。本发明为了解决现有NbSi基等高温合金采用电弧熔炼时存在合金组织成分偏析的问题，且无法调控相组织。本发明的制备通过在水冷铜坩埚的内部，安装电磁感应线圈，并在水冷坩埚的上部安装有棱台，水冷铜坩埚本体的上端面上开设有多个熔炼凹坑和一个耗氧凹坑。在运用电弧枪对金属铸锭进行熔炼后，通过电磁感应线圈的感应加热，实现对高温合金的热处理操作，从而实现对合金相组织的调控，解决合金中易产生偏析的问题。方法：采取电弧熔炼和感应加热相结合的方式，热处理有助于元素的扩散和相变反应性能的提升。本发明用于高温合金的制备。

技术领域

本发明涉及一种制备高温合金的设备和方法，具体涉及一种高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备和方法，属于金属精密铸造领域。

背景技术

随着航天航空技术的不断发展，对航空航天动力系统的要求也越来越高，要求发动机具有更高的推重比，同时要求其涡轮叶片材料能够承受更高的温度，并且具有更加优异的力学性能。由于NbSi基、TiAl基等超高温合金具有高熔点、密度低以及较好滴高温性能等特点，并有望成为下一代发动机材料的重要研究对象，以NbSi基高温合金为例，其较差的室温断裂韧性和抗氧化能力限制了合金在航空、航天等领域的应用。

通过对NbSi基合金材料性能的研究可知，由于电弧熔炼使得高温合金熔体的凝固速率过快，无法实现合金相组织的调控，导致合金组织成分存在偏析，不均匀的问题。由于如果用电弧枪进行人为手动熔炼，在熔炼的过程中，冷却条件、熔池形状和熔液的流速等均不是恒定的，而且，合金元素在凝固结晶时的分配系数各异，这样，不可避免地使合金元素或化合物在树枝状晶间富集而形成偏析。

综上所述，现有NbSi基等高温合金采用电弧熔炼时存在合金组织成分偏析的问题，且无法调控相组织。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有NbSi基等高温合金采用电弧熔炼时存在合金组织成分偏析的问题，且无法调控相组织。进而提供一种高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备和方法。

本发明的技术方案是：一种高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备，包括真空电弧炉和电弧电流电源控制组件，它还包括抽真空装置、水冷系统、左电弧枪装置、右电弧枪装置、翻锭勺和水冷铜坩埚机构，水冷铜坩埚机构安装在真空电弧炉内，水冷铜坩埚机构包括水冷铜坩埚本体、电磁感应线圈和棱台，水冷铜坩埚本体的上端面上开设有多个熔炼凹坑和一个耗氧凹坑，其中，耗氧凹坑的孔径和深度均小于单个熔炼凹坑的孔径和深度；棱台围绕安装在水冷铜坩埚本体的上端面外沿上；电磁感应线圈内嵌在水冷铜坩埚本体下部内侧壁上；水冷系统安装在真空电弧炉内的水冷铜坩埚本体的下部，为水冷铜坩埚本体和电磁感应线圈进行冷却；抽真空装置与真空电弧炉连接并实现对真空电弧炉内进行抽真空；左电弧枪装置、右电弧枪装置和翻锭勺均可伸缩安装在真空电弧炉的上部并伸入到真空电弧炉内，电弧电流电源控制组件分别与左电弧枪装置、右电弧枪装置、翻锭勺和电磁感应线圈电性连接。

进一步地，电弧电流电源控制组件包括电弧电流电源控制柜、电源连接线和电流控制线，电源连接线的一端与电弧电流电源控制柜连接，电源连接线的另一端与电磁感应线圈连接，电流控制线的一端与电弧电流电源控制柜连接，电流控制线的另一端分别与左电弧枪装置和右电弧枪装置连接。

进一步地，抽真空装置包括氩气罐、抽气装置、充气阀和抽气机构，抽气装置通过管路与真空电弧炉连通，抽气机构安装在所述管路上，充气阀安装在氩气罐上并与所述的管路串联。

进一步地，水冷系统包括铜外壳、铜底座、进水插管、出水插管、进水管、出水管和进出水插板，铜底座安装在真空电弧炉内，铜外壳安装在铜底座上，水冷铜坩埚机构位于铜外壳内，进水插管和出水插管的上部为向一侧倾斜的管口，进水插管和出水插管均竖直安装在水冷铜坩埚本体内，进水管和出水管的一端分别插装在与进水插管和出水插管内，进水管和出水管的另一端分别与一个进出水插板连接。