一種放電熔煉裝置及ZrTiAlV合金的熔煉方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熔煉裝置及合金的熔煉方法。
【背景技術(shù)】
[0002]早在1930年，美國(guó)科學(xué)家就提出了脈沖電流燒結(jié)原理，但是直到1965年，脈沖電流燒結(jié)技術(shù)才在美、日等國(guó)得到應(yīng)用。日本獲得了 SPS技術(shù)的專利，1988年日本研制出第一臺(tái)工業(yè)型SPS裝置，并在新材料研究領(lǐng)域內(nèi)推廣應(yīng)用。1990年以后，日本推出了可用于工業(yè)生產(chǎn)的SPS第三代產(chǎn)品，具有10?10t的燒結(jié)壓力和脈沖電流5000?8000A。最近又研制出壓力達(dá)500t，脈沖電流為25000A的大型SPS裝置。
[0003]駱俊廷等發(fā)明了一種對(duì)向擠壓臥式放電燒結(jié)熔煉機(jī)，該設(shè)備能夠避免加載的不對(duì)稱性和燒結(jié)材料的不均勻性，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)材料的放電熔煉。但該燒結(jié)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本較高，操作也較為不方便。駱俊廷等也發(fā)明了一種用于立式燒結(jié)機(jī)的低溫快速熔融的氮化鋁陶瓷材料及成型方法，但是該方法所采用的模具裝置較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可不受熔煉溫度和材料熔融狀態(tài)限制的、用于立式放電燒結(jié)機(jī)的放電熔煉裝置和ZrTiAlV合金的熔煉方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]1、放電熔煉裝置:
[0007]本發(fā)明包括:上、下墊塊、臺(tái)肩式上壓頭和筒形模套，該熔煉裝置的材料均為高強(qiáng)度石墨。其中，上墊塊設(shè)在臺(tái)肩式上壓頭的上面，該臺(tái)肩式上壓頭在軸向的中部設(shè)有比筒形模套內(nèi)徑大、比外徑小的圓柱形臺(tái)肩，該圓柱形臺(tái)肩的下表面與筒形模套的上表面接觸，使其能夠在上壓頭受壓力時(shí)壓力加載在筒形模套的上表面，達(dá)到密封導(dǎo)熱的效果。而臺(tái)肩式上壓頭的下部懸于筒形模套內(nèi)而不與需要熔煉的金屬接觸。該裝置的下壓頭與筒形模套為一體，該筒形模套的底部設(shè)有凸臺(tái)，通過(guò)該凸臺(tái)與上述臺(tái)肩式上壓頭加載脈沖電流，可以防止熔煉過(guò)程中熔融狀態(tài)的金屬材料從下壓頭與筒形模套的間隙中流出，最后將上述裝置組裝后放置于立式放電燒結(jié)機(jī)上，筒形模套的凸臺(tái)放置在下墊塊上。
[0008]2、ZrTiAlV合金的熔煉方法:
[0009]①制備直徑為24?35mm，高度為25?40mm的圓柱體47Zr-45Ti_5Al_3V合金或30Zr-62T1-5Al-3V 合金；
[0010]②將步驟①制備的合金圓柱體放入上述放電熔煉裝置的上壓頭與筒形模套之間的空腔內(nèi)；
[0011]③將上述放電熔煉裝置整體放入放電等離子燒結(jié)機(jī)中進(jìn)行熔煉。通過(guò)加載3000?5000A脈沖電流，上壓頭下行給筒形模套10?30MPa的壓力使其與模套接觸密封，并將燒結(jié)機(jī)內(nèi)抽為真空，真空度為10 3Pa,防止合金被氧化。
[0012]④脈沖電流通過(guò)上壓頭和筒形模套加載到圓柱體合金上，使合金迅速升溫至1800 °C 后保溫 20min ；
[0013]⑤最后放電燒結(jié)設(shè)備斷電，自然冷卻降溫，待該裝置冷卻后，取出放電熔煉裝置，取出熔煉后的合金。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0015]該放電熔煉裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其上壓頭為特殊的臺(tái)肩式上壓頭，使其能夠在上壓頭受壓力時(shí)壓力加載在筒形模套的上表面，達(dá)到密封導(dǎo)熱的效果，可不受熔煉溫度和材料熔融狀態(tài)限制；而上壓頭的下部分不與材料試樣直接接觸，同時(shí)下壓頭設(shè)計(jì)與筒形模套為一體，這樣在對(duì)材料試樣進(jìn)行高溫熔煉時(shí)不會(huì)因壓力過(guò)大而使熔融狀態(tài)的材料由上壓頭與筒形模套之間縫隙流出而污染燒結(jié)機(jī)內(nèi)環(huán)境。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明的放電熔煉裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]在圖1所示的用于放電燒結(jié)機(jī)的放電熔煉裝置示意圖中，上墊塊I設(shè)在臺(tái)肩式上壓頭2的上面，該臺(tái)肩式上壓頭在軸向的中部設(shè)有比筒形模套內(nèi)徑大、比外徑小的圓柱形臺(tái)肩，該圓柱形臺(tái)肩的下表面與筒形模套3的上表面接觸，臺(tái)肩式上壓頭的下部懸于筒形模套內(nèi)而不與需要熔煉的金屬4接觸。該裝置的下壓頭5與筒形模套為一體，該筒形模套的底部設(shè)有凸臺(tái)，通過(guò)該凸臺(tái)與上述臺(tái)肩式上壓頭加載脈沖電流，筒形模套的凸臺(tái)放置在下墊塊6上。該熔煉裝置的材料均為高強(qiáng)度石墨。
[0018]實(shí)施例1
[0019]將直徑為24mm、高為25mm的47Zr-45Ti_5Al_3V合金圓柱體裝入上述放電熔煉裝置的上壓頭與筒形模套之間的空腔內(nèi)，將上述放電熔煉裝置整體放置于放電等離子燒結(jié)機(jī)中進(jìn)行熔煉。通過(guò)加載3000A脈沖電流，上壓頭下行給模套1MPa的壓力使其與筒形模套接觸密封，此時(shí)上壓頭臺(tái)肩部分固定在筒形模套上表面處。將燒結(jié)機(jī)內(nèi)抽為真空，真空度為10 3Pa,脈沖電流通過(guò)上壓頭和筒形模套加載到47Zr-45T1-5Al-3V合金圓柱體上，使該合金迅速升溫至1800°C后保溫20min。最后放電燒結(jié)設(shè)備斷電，自然冷卻降溫，待該裝置冷卻后，取出放電恪煉裝置，取出恪煉后的合金。
[0020]實(shí)施例2
[0021]將直徑為28mm、高為30mm的30Zr_62T1-5Al_3V合金圓柱體裝入上述放電熔煉裝置的上壓頭與筒形模套之間的空腔內(nèi)，將上述放電熔煉裝置整體放置于放電等離子燒結(jié)機(jī)中進(jìn)行熔煉。通過(guò)加載4000A脈沖電流，上壓頭下行給模套20MPa的壓力使其與筒形模套接觸密封，此時(shí)上壓頭臺(tái)肩部分固定在筒形模套上表面處。將燒結(jié)機(jī)內(nèi)抽為真空，真空度為10 3Pa,脈沖電流通過(guò)上壓頭和筒形模套加載到30Zr-62T1-5Al-3V圓柱體上，使該合金迅速升溫至1800°C后保溫20min。最后放電燒結(jié)設(shè)備斷電，自然冷卻降溫，待該裝置冷卻后，取出放電熔煉裝置，取出熔煉后的合金。
[0022]實(shí)施例3
[0023]將直徑為35mm、高為40mm的30Zr_62T1-5Al_3V合金圓柱體裝入上述放電熔煉裝置的上壓頭與筒形模套之間的空腔內(nèi)，將上述放電熔煉裝置整體放置于放電等離子燒結(jié)機(jī)中進(jìn)行熔煉。通過(guò)加載5000A脈沖電流，上壓頭下行給模套30MPa的壓力使其與筒形模套接觸密封，此時(shí)上壓頭臺(tái)肩部分固定在筒形模套上表面處。將燒結(jié)機(jī)內(nèi)抽為真空，真空度為10 3Pa,脈沖電流通過(guò)上壓頭和筒形模套加載到30Zr-62T1-5Al-3V圓柱體上，使該合金迅速升溫至1800°C后保溫20min。最后放電燒結(jié)設(shè)備斷電，自然冷卻降溫，待該裝置冷卻后，取出放電熔煉裝置，取出熔煉后的合金。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種放電熔煉裝置，其特征在于:它包括:上、下墊塊、臺(tái)肩式上壓頭和筒形模套，該熔煉裝置的材料均為高強(qiáng)度石墨；其中，上墊塊設(shè)在臺(tái)肩式上壓頭的上面，該臺(tái)肩式上壓頭在軸向的中部設(shè)有比筒形模套內(nèi)徑大、比外徑小的圓柱形臺(tái)肩，該圓柱形臺(tái)肩的下表面與筒形模套的上表面接觸，臺(tái)肩式上壓頭的下部懸于筒形模套內(nèi)而不與需要熔煉的金屬接觸；下壓頭與筒形模套為一體，該筒形模套的底部設(shè)有凸臺(tái)，該筒形模套的凸臺(tái)放置在下墊塊上。2.使用權(quán)利要求1的放電熔煉裝置的ZrTiAlV合金的熔煉方法，其特征在于: ①制備直徑為24?35mm，高度為25?40mm的圓柱體47Zr_45T1-5Al_3V合金或30Zr-62T1-5Al-3V 合金； ②將步驟①制備的合金圓柱體放入上述放電熔煉裝置的上壓頭與筒形模套之間的空腔內(nèi)； ③將上述放電熔煉裝置整體放入放電等離子燒結(jié)機(jī)中進(jìn)行熔煉，通過(guò)加載3000?5000A脈沖電流，上壓頭下行給筒形模套10?30MPa的壓力使其與模套接觸密封，并將燒結(jié)機(jī)內(nèi)抽為真空，真空度為10 3Pa,防止合金被氧化； ④脈沖電流通過(guò)上壓頭和筒形模套加載到圓柱體合金上，使合金迅速升溫至1800°C后保溫20min ； ⑤最后放電燒結(jié)設(shè)備斷電，自然冷卻降溫，待該裝置冷卻后，取出放電熔煉裝置，取出恪煉后的合金。
【專利摘要】一種放電熔煉裝置，其主要包括上、下墊塊、臺(tái)肩式上壓頭和筒形模套，該裝置的材料均為高強(qiáng)度石墨。上墊塊設(shè)在臺(tái)肩式上壓頭的上面，該臺(tái)肩式上壓頭與筒形模套的上表面的接觸。該裝置的下壓頭與筒形模套為一體，筒形模套底部的凸臺(tái)放置在下墊塊上。采用上述放電熔煉裝置的ZrTiAlV合金的熔煉方法主要是將合金圓柱體裝入上述放電熔煉裝置的上壓頭與筒形模套之間的空腔內(nèi)，置于等離子燒結(jié)機(jī)中進(jìn)行熔煉，加載脈沖電流，上壓頭給模套壓力使其與筒形模套接觸密封，燒結(jié)機(jī)內(nèi)抽為真空，迅速升溫至1800℃后保溫20min，最后斷電、自然冷卻降溫后取出放電熔煉裝置和合金。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可不受熔煉溫度和材料熔融狀態(tài)的限制。
【IPC分類】F27B14/08, F27B14/06
【公開號(hào)】CN105333731
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510809116
【發(fā)明人】駱俊廷, 趙伯俊, 張春祥, 劉日平
【申請(qǐng)人】燕山大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年11月20日