本發(fā)明屬于有色金屬熔煉澆鑄領(lǐng)域，特別屬于鈦鋁金屬間化合物和鈦及鈦合金感應(yīng)熔煉澆鑄技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鈦及鈦合金具有良好的耐腐蝕性、低密度（4.3至4.6g/cm³）、高比強(qiáng)度，可以在500℃以下長(zhǎng)期工作，廣泛應(yīng)用于航空航天、化工、醫(yī)療等諸多方面；鈦鋁金屬間化合物密度約3.76至5.8g/cm³,可長(zhǎng)期耐600至900℃高溫,并保持較高的強(qiáng)度，是制作某些航空航天結(jié)構(gòu)件以及地面動(dòng)力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)件的優(yōu)異材料，能夠?qū)崿F(xiàn)推力重量比值和燃油效率的大幅度提高，可廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)渦輪增壓器渦輪和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)葉片方面。經(jīng)世界各國(guó)近70年研究，鑄造為鈦及鈦合金、鈦鋁金屬間化合物復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的最經(jīng)濟(jì)的制造工藝。由于該類合金或金屬間化合物含鈦量高，其高溫熔體活性大，熔煉控制難度大。目前，有三種主要熔煉方法，其一，真空電弧凝殼熔煉；其二，高能束（等離子或電子）冷床熔煉；其三，感應(yīng)冷坩堝熔煉。以上方法中，為防止活性金屬鈦與熔煉容器反應(yīng)，都采用了通冷卻水的銅制容器（冷坩堝或冷床），并在真空或惰性氣體空間中進(jìn)行熔煉操作。

專利 CN 104646647A介紹了一種采用陶瓷坩堝的鈦基合金感應(yīng)熔煉底漏式真空吸鑄設(shè)備及其控制方法，CN1699907A介紹了一種鈦及鈦合金熔煉用的坩堝內(nèi)襯，專利CN1699906A介紹了一種鈦及鈦合金熔煉用復(fù)合坩堝，專利CN1583670A介紹了一種鈦及鈦合金熔煉坩堝材料，但這些專利在實(shí)踐中均無(wú)法避免間隙元素（O、N等）增加的問(wèn)題。以上方法所用氧化物、氮化物或其組合制造的陶瓷坩堝，一般原料為高惰性的氧化釔、氧化鋯、氧化鈣、氮化硼等，無(wú)法避免活潑鈦金屬熔體與坩堝組成材料反應(yīng)，造成間隙元素含量增加，澆鑄合金韌性變差，導(dǎo)致該類方法無(wú)法進(jìn)行高韌性鈦鋁金屬間化合物或高純度鈦合金的熔煉澆鑄。

冷坩堝懸浮或冷床熔煉是滿足低間隙元素，高韌性鈦鋁金屬間化合物或高純度鈦合金的有效方法，但該類方法存在能耗高，設(shè)備安全性要求高等問(wèn)題。國(guó)外有一些專利做了減少銅制水冷容器的嘗試，如U.S. Patent 5033948介紹了無(wú)坩堝感應(yīng)熔煉，但該方法存在感應(yīng)加熱融化激冷底座，引起合金成分失控偏離及設(shè)備損壞的問(wèn)題。U.S. Patent 5033948介紹的無(wú)坩堝感應(yīng)熔煉，感應(yīng)線圈在爐體外部，導(dǎo)致效率降低，并要求爐體必須采用感應(yīng)磁場(chǎng)可透過(guò)的材料制造，實(shí)踐難度大。U.S. Patent 5275229介紹的磁懸浮熔體處理裝置采用了螺旋軸線垂直和水平成環(huán)的雙線圈結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了復(fù)雜的坩堝底旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，加工要求高，制造難度大。

目前，缺乏高潔凈度鈦鋁金屬間化合物或高純度鈦合金的高效熔煉方法。本發(fā)明對(duì)鈦鋁金屬間化合物和鈦合金高潔凈度熔體、高能效熔煉澆鑄的存在的問(wèn)題進(jìn)行了解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新型的高溫活波金屬熔煉澆鑄方法，以鈦鋁金屬間化合物和鈦合金為例，但其適用范圍不限于鈦、鈦合金、鈦鋁金屬間化合物，還不止包含鋯、鋯合金、鉿及其合金等。可滿足該類型合金低間隙元素要求的熔煉澆鑄。

本發(fā)明方法的技術(shù)方案如下：采用熔煉室與鑄型室分開(kāi)的結(jié)構(gòu)和底漏式澆鑄方式，進(jìn)行高溫活潑金屬的熔煉澆鑄。熔煉室內(nèi)置可移動(dòng)感應(yīng)線圈，選取適當(dāng)?shù)念l率，自上而下融化金屬錠；通過(guò)帶坩堝（或矮坩堝）或無(wú)坩堝的真空感應(yīng)熔煉裝置，設(shè)置支撐環(huán)隔離金屬與坩堝（或矮坩堝）底部或支撐底座（無(wú)坩堝時(shí)）的接觸，防止坩堝材料污染金屬并減少無(wú)益于金屬融化的熱傳遞以提高系統(tǒng)能效。

爐體與真空泵組組成真空系統(tǒng)，真空系統(tǒng)可以將爐膛內(nèi)壓力控制在0.1Pa至10Pa之間。感應(yīng)電源通過(guò)水冷電纜引入熔煉室，進(jìn)入熔煉室后，通過(guò)柔性電纜與熔煉室內(nèi)壁連接，并可在垂直方向上下移動(dòng)，該移動(dòng)可手動(dòng)或自動(dòng)控制進(jìn)行。熔煉室內(nèi)部所有電纜均采取耐高溫絕緣措施，防止金屬飛濺以及真空環(huán)境下通電金屬間產(chǎn)生電弧造成損傷。熔煉室可以充入適當(dāng)壓力的惰性氣體，以減少熔煉金屬中易燒損元素的損失，維護(hù)合金元素準(zhǔn)確穩(wěn)定。熔煉室惰性氣體充填壓力可以手動(dòng)或自動(dòng)控制并能夠維持在設(shè)定范圍。鑄型室底部具有離心盤，可進(jìn)行離心鑄造，離心旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速可調(diào)、方向可調(diào)。熔煉室底漏中心孔與鑄型室離心盤中心處于同一垂直線上，方便離心澆鑄。方案總體結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

方案細(xì)節(jié)之一：感應(yīng)線圈選用適當(dāng)?shù)闹睆胶透叨?，以熔煉適當(dāng)重量的合金用于澆鑄。

方案細(xì)節(jié)之二：感應(yīng)線圈可上下移動(dòng)，移動(dòng)距離涵蓋整個(gè)金屬柱高度，移動(dòng)裝置為L(zhǎng)型懸臂結(jié)構(gòu)，移動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)力來(lái)自手動(dòng)、液壓、氣動(dòng)或電力驅(qū)動(dòng)即伺服或步進(jìn)電機(jī)通過(guò)絲杠光杠帶動(dòng)線圈移動(dòng)。

方案細(xì)節(jié)之三：金屬隔離環(huán)采用與熔化合金料同材質(zhì)或近似材質(zhì)制造，但形式并不限于單獨(dú)成環(huán)的結(jié)構(gòu)；包括在金屬棒料下部開(kāi)洞形成凹坑一體隔離結(jié)構(gòu)等諸如此類可起到隔離的作用的結(jié)構(gòu)。該細(xì)節(jié)解釋圖見(jiàn)圖2。

方案細(xì)節(jié)之四：熔煉室和鑄型室之間設(shè)置閘板閥，進(jìn)行腔室分離。

方案細(xì)節(jié)之五：底漏式支座或坩堝結(jié)構(gòu)，可采用A，支撐底座，帶水冷或不帶水冷的；B，支撐底座，帶水冷或不帶水冷的，具有外加環(huán)狀保護(hù)結(jié)構(gòu)；C、矮坩堝；D，全坩堝；E以上A、B、C、D的兩種或以上整體或部分組合，支撐座帶水冷或不帶水冷可分別組合。圖3對(duì)此進(jìn)行了有限例舉。

附圖說(shuō)明

附圖作為說(shuō)明書的一部分，與具體實(shí)施方式共同提供對(duì)本發(fā)明的解釋，絕無(wú)對(duì)本發(fā)明范圍限制或縮小的含義。本發(fā)明共有三個(gè)圖解釋對(duì)其解釋，方便正確理解，分別是：圖1，整體結(jié)構(gòu)圖；圖2，金屬隔離支撐環(huán)結(jié)構(gòu)圖；圖3，支撐底座及坩堝結(jié)構(gòu)。

圖1整體結(jié)構(gòu)圖各部位的名稱分別是：101、熔煉室；102、水冷感應(yīng)電纜接口；103、柔性水冷防飛濺電纜；104、水冷爐體；105、金屬錠；106、金屬隔離支撐環(huán)或類似結(jié)構(gòu)；107、底漏孔；108、鑄型承載離心系統(tǒng)；109、鑄型；110、鑄型承載填料；111、鑄型室；112、閘板閥；113、支撐底座或坩堝；114、感應(yīng)線圈支架；115、感應(yīng)線圈；116、感應(yīng)線圈移動(dòng)機(jī)構(gòu)；117、過(guò)濾網(wǎng)；118、真空系統(tǒng)接口法蘭；119、窺鏡；120、感應(yīng)線圈動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)施。

圖2金屬隔離支撐環(huán)或類似結(jié)構(gòu)圖各圖名稱分別是：21、大徑隔離支撐環(huán)；22、等徑隔離支撐環(huán)；23、等效隔離支撐結(jié)構(gòu)（平底）；24、等效隔離支撐結(jié)構(gòu)（錐底）；25、等效隔離支撐結(jié)構(gòu)（曲面底）。其中，201、金屬錠；202、隔離支撐環(huán)；203、帶隔離支撐結(jié)構(gòu)的金屬錠。

圖3支撐底座及坩堝結(jié)構(gòu)各圖名稱分別是：31、水冷支撐座；32、非水冷支撐座；33、冷卻防護(hù)環(huán)；34、非冷卻防護(hù)環(huán)；35、半高坩堝；36全高坩堝。其中，301、金屬錠；302、隔離支撐環(huán)或類似結(jié)構(gòu)；303、冷卻水；304、底漏孔。

以圖1為基礎(chǔ)與圖2、圖3的任意部分的任意組合，均在本發(fā)明涵蓋范圍之內(nèi)。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式示例為對(duì)本發(fā)明的舉例闡述，無(wú)限制或縮小發(fā)明范圍的含義。

具體實(shí)施方式一：以圖1之整體結(jié)構(gòu)，圖2之21大徑隔離支撐環(huán)結(jié)構(gòu)，圖3之31水冷支撐座結(jié)構(gòu)，真空系統(tǒng)用大小羅茨泵及螺桿泵，配備10至20KW的感應(yīng)電源，實(shí)現(xiàn)1Kg TA2純鈦合金錠融化澆鑄，1Kg TC4鈦合金熔煉澆鑄，及約0.7Kg Ti-48Al-2Cr-2Nb金屬間化合物熔煉澆鑄。以上熔煉中，裝爐合金錠尺寸介于Φ40至120mm，長(zhǎng)度50至200mm，熔煉澆鑄后鑄件成分均勻，其中TA2、TC4合金間隙元素增量低于電弧熔煉方式。

具體實(shí)施方式二：以圖1之整體結(jié)構(gòu)，圖2之23等效隔離支撐結(jié)構(gòu)（平底），圖3之32非水冷支撐座及35半高坩堝，真空系統(tǒng)采用真空包連通熔煉熔煉室（101）和鑄型室（111），配備20至40Kw感應(yīng)電源，實(shí)現(xiàn)1.7Kg TC4鈦合金熔煉澆鑄，約1.3Kg Ti-48Al-2Cr-2Nb金屬間化合物熔煉澆鑄。其裝爐金屬錠尺寸介于Φ55至150mm，長(zhǎng)度介于120至260mm之間（含等效支撐結(jié)構(gòu)部分）。