CN105333731B - 一种放电熔炼装置及ZrTiAlV合金的熔炼方法 - Google Patents

Abstract

一种放电熔炼装置，其主要包括上、下垫块、台肩式上压头和筒形模套，该装置的材料均为高强度石墨。上垫块设在台肩式上压头的上面，该台肩式上压头与筒形模套的上表面的接触。该装置的下压头与筒形模套为一体，筒形模套底部的凸台放置在下垫块上。采用上述放电熔炼装置的ZrTiAlV合金的熔炼方法主要是将合金圆柱体装入上述放电熔炼装置的上压头与筒形模套之间的空腔内，置于等离子烧结机中进行熔炼，加载脉冲电流，上压头给模套压力使其与筒形模套接触密封，烧结机内抽为真空，迅速升温至1800℃后保温20min，最后断电、自然冷却降温后取出放电熔炼装置和合金。本发明结构简单、可不受熔炼温度和材料熔融状态的限制。

Description

一种放电熔炼装置及ZrTiAlV合金的熔炼方法

技术领域

本发明涉及一种熔炼装置及合金的熔炼方法。

背景技术

早在1930年，美国科学家就提出了脉冲电流烧结原理，但是直到1965年，脉冲电流烧结技术才在美、日等国得到应用。日本获得了SPS技术的专利，1988年日本研制出第一台工业型SPS装置，并在新材料研究领域内推广应用。1990年以后，日本推出了可用于工业生产的SPS第三代产品，具有10～100t的烧结压力和脉冲电流5000～8000A。最近又研制出压力达500t，脉冲电流为25000A的大型SPS装置。

骆俊廷等发明了一种对向挤压卧式放电烧结熔炼机，该设备能够避免加载的不对称性和烧结材料的不均匀性，同时可实现材料的放电熔炼。但该烧结机结构复杂，制造成本较高，操作也较为不方便。骆俊廷等也发明了一种用于立式烧结机的低温快速熔融的氮化铝陶瓷材料及成型方法，但是该方法所采用的模具装置较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、可不受熔炼温度和材料熔融状态限制的、用于立式放电烧结机的放电熔炼装置和ZrTiAlV合金的熔炼方法。

本发明的技术方案如下：

1、放电熔炼装置：

本发明包括：上、下垫块、台肩式上压头和筒形模套，该熔炼装置的材料均为高强度石墨。其中，上垫块设在台肩式上压头的上面，该台肩式上压头在轴向的中部设有比筒形模套内径大、比外径小的圆柱形台肩，该圆柱形台肩的下表面与筒形模套的上表面接触，使其能够在上压头受压力时压力加载在筒形模套的上表面，达到密封导热的效果。而台肩式上压头的下部悬于筒形模套内而不与需要熔炼的金属接触。该装置的下压头与筒形模套为一体，该筒形模套的底部设有凸台，通过该凸台与上述台肩式上压头加载脉冲电流，可以防止熔炼过程中熔融状态的金属材料从下压头与筒形模套的间隙中流出，最后将上述装置组装后放置于立式放电烧结机上，筒形模套的凸台放置在下垫块上。

2、ZrTiAlV合金的熔炼方法：

①制备直径为24～35mm，高度为25～40mm的圆柱体47Zr-45Ti-5Al-3V合金或30Zr-62Ti-5Al-3V合金；

②将步骤①制备的合金圆柱体放入上述放电熔炼装置的上压头与筒形模套之间的空腔内；

③将上述放电熔炼装置整体放入放电等离子烧结机中进行熔炼。通过加载3000～5000A脉冲电流，上压头下行给筒形模套10～30MPa的压力使其与模套接触密封，并将烧结机内抽为真空，真空度为10^-3Pa，防止合金被氧化。

④脉冲电流通过上压头和筒形模套加载到圆柱体合金上，使合金迅速升温至1800℃后保温20min；

⑤最后放电烧结设备断电，自然冷却降温，待该装置冷却后，取出放电熔炼装置，取出熔炼后的合金。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

该放电熔炼装置结构简单，其上压头为特殊的台肩式上压头，使其能够在上压头受压力时压力加载在筒形模套的上表面，达到密封导热的效果，可不受熔炼温度和材料熔融状态限制；而上压头的下部分不与材料试样直接接触，同时下压头设计与筒形模套为一体，这样在对材料试样进行高温熔炼时不会因压力过大而使熔融状态的材料由上压头与筒形模套之间缝隙流出而污染烧结机内环境。

附图说明

图1为本发明的放电熔炼装置示意图。

具体实施方式

在图1所示的用于放电烧结机的放电熔炼装置示意图中，上垫块1设在台肩式上压头2的上面，该台肩式上压头在轴向的中部设有比筒形模套内径大、比外径小的圆柱形台肩，该圆柱形台肩的下表面与筒形模套3的上表面接触，台肩式上压头的下部悬于筒形模套内而不与需要熔炼的金属4接触。该装置的下压头5与筒形模套为一体，该筒形模套的底部设有凸台，通过该凸台与上述台肩式上压头加载脉冲电流，筒形模套的凸台放置在下垫块6上。该熔炼装置的材料均为高强度石墨。

实施例1

将直径为24mm、高为25mm的47Zr-45Ti-5Al-3V合金圆柱体装入上述放电熔炼装置的上压头与筒形模套之间的空腔内，将上述放电熔炼装置整体放置于放电等离子烧结机中进行熔炼。通过加载3000A脉冲电流，上压头下行给模套10MPa的压力使其与筒形模套接触密封，此时上压头台肩部分固定在筒形模套上表面处。将烧结机内抽为真空，真空度为10^{- 3}Pa，脉冲电流通过上压头和筒形模套加载到47Zr-45Ti-5Al-3V合金圆柱体上，使该合金迅速升温至1800℃后保温20min。最后放电烧结设备断电，自然冷却降温，待该装置冷却后，取出放电熔炼装置，取出熔炼后的合金。

实施例2

将直径为28mm、高为30mm的30Zr-62Ti-5Al-3V合金圆柱体装入上述放电熔炼装置的上压头与筒形模套之间的空腔内，将上述放电熔炼装置整体放置于放电等离子烧结机中进行熔炼。通过加载4000A脉冲电流，上压头下行给模套20MPa的压力使其与筒形模套接触密封，此时上压头台肩部分固定在筒形模套上表面处。将烧结机内抽为真空，真空度为10^{- 3}Pa，脉冲电流通过上压头和筒形模套加载到30Zr-62Ti-5Al-3V圆柱体上，使该合金迅速升温至1800℃后保温20min。最后放电烧结设备断电，自然冷却降温，待该装置冷却后，取出放电熔炼装置，取出熔炼后的合金。

实施例3

将直径为35mm、高为40mm的30Zr-62Ti-5Al-3V合金圆柱体装入上述放电熔炼装置的上压头与筒形模套之间的空腔内，将上述放电熔炼装置整体放置于放电等离子烧结机中进行熔炼。通过加载5000A脉冲电流，上压头下行给模套30MPa的压力使其与筒形模套接触密封，此时上压头台肩部分固定在筒形模套上表面处。将烧结机内抽为真空，真空度为10^{- 3}Pa，脉冲电流通过上压头和筒形模套加载到30Zr-62Ti-5Al-3V圆柱体上，使该合金迅速升温至1800℃后保温20min。最后放电烧结设备断电，自然冷却降温，待该装置冷却后，取出放电熔炼装置，取出熔炼后的合金。

Claims (2)

1.一种放电熔炼装置，其特征在于：它包括：上、下垫块、台肩式上压头和筒形模套，该熔炼装置的材料均为高强度石墨；其中，上垫块设在台肩式上压头的上面，该台肩式上压头在轴向的中部设有比筒形模套内径大、比外径小的圆柱形台肩，该圆柱形台肩的下表面与筒形模套的上表面接触，台肩式上压头的下部悬于筒形模套内而不与需要熔炼的金属接触；下压头与筒形模套为一体，该筒形模套的底部设有凸台，该筒形模套的凸台放置在下垫块上。

2.使用权利要求1的放电熔炼装置的ZrTiAlV合金的熔炼方法，其特征在于：

①制备直径为24～35mm，高度为25～40mm的圆柱体47Zr-45Ti-5Al-3V合金或30Zr-62Ti-5Al-3V合金；

②将步骤①制备的合金圆柱体放入上述放电熔炼装置的上压头与筒形模套之间的空腔内；

③将上述放电熔炼装置整体放入放电等离子烧结机中进行熔炼，通过加载3000～5000A脉冲电流，上压头下行给筒形模套10～30MPa的压力使其与模套接触密封，并将烧结机内抽为真空，真空度为10^-3Pa，防止合金被氧化；

④脉冲电流通过上压头和筒形模套加载到圆柱体合金上，使合金迅速升温至1800℃后保温20min；

⑤最后放电烧结设备断电，自然冷却降温，待该装置冷却后，取出放电熔炼装置，取出熔炼后的合金。