用于鑄造金屬材料的系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利摘要】一種熔化和鑄造設(shè)備的特定實(shí)施例包括熔化爐膛；與所述熔化爐膛流體連通的精煉爐膛；與所述精煉爐膛流體連通的接收容器，所述接收容器包括限定出第一熔融材料路徑的第一流出區(qū)域和限定出第二熔融材料路徑的第二流出區(qū)域；以及至少一個(gè)熔化電源，取向成將能量導(dǎo)向所述接收容器，并調(diào)節(jié)熔融材料沿所述第一熔融材料路徑和所述第二熔融材料路徑的流動(dòng)方向。還公開(kāi)了用于鑄造金屬材料的方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于鑄造金屬材料的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金學(xué)領(lǐng)域。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于制造鈦合金和其它金屬材料的改進(jìn)的鑄造系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦及其合金是在許多高要求應(yīng)用(包括軍事承包、海軍構(gòu)造、飛機(jī)構(gòu)造和其它航空應(yīng)用)中使用的相當(dāng)重要的高性能材料。鑒于這些應(yīng)用的重要性和所述應(yīng)用中使用的制品所經(jīng)受的極端條件，制成物品的金屬和金屬合金(本文中統(tǒng)稱(chēng)為“金屬材料”)的機(jī)械特性和其它特性具有相當(dāng)高的重要性。通常幾乎不允許改變這些應(yīng)用中所使用的金屬材料的特性。例如，由高性能鈦合金制造鑄錠的傳統(tǒng)實(shí)踐包括用于檢測(cè)鑄錠的夾雜物和特定其它鑄造缺陷并將其從鑄錠移除的耗時(shí)且昂貴的技術(shù)。
[0003]一般來(lái)說(shuō)，夾雜物為懸浮在鑄造金屬材料的金屬基質(zhì)中的隔離顆粒。在許多情況下，夾雜物的密度不同于周?chē)牧系拿芏炔⑶铱蓪?duì)鑄造材料的整體完整性產(chǎn)生有害影響。這繼而可導(dǎo)致由所述材料組成的部件龜裂或斷裂并且可能導(dǎo)致災(zāi)難性故障。不幸的是，鑄造金屬材料中的夾雜物一般不為人類(lèi)肉眼所見(jiàn)，且因此在制造過(guò)程期間且在最終部件中難以檢測(cè)到。一旦檢測(cè)到夾雜物，夾雜物的性質(zhì)和/或最終部件的機(jī)械要求即可確定廢棄鑄造材料的全部或相當(dāng)大的一部分。在其它情況下，夾雜物的不連續(xù)區(qū)域可通過(guò)研磨或其它加工操作來(lái)移除，或材料可被降格到要求較低的應(yīng)用中。檢測(cè)鑄造高性能鈦合金和其它鑄造金屬材料中的夾雜物并將其移除的過(guò)程需要大量時(shí)間，成本可能很高，并且可能大大降低產(chǎn)出。
[0004]鑄錠中夾雜物的存在受鑄造材料的方式的影響。例如，夾雜物可能由制造期間合金的不充分或不適當(dāng)加熱或混合而引起。因此，改進(jìn)鈦合金和其它金屬材料錠的鑄造方法和設(shè)備可減少或消除有問(wèn)題的夾雜物在鑄件中的存在率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本公開(kāi)的一個(gè)方面涉及一種熔化和鑄造設(shè)備，包括熔化爐膛、與熔化爐膛流體連通的精煉爐膛以及與精煉爐膛流體連通的接收容器。接收容器包括限定出第一熔融材料路徑的第一流出區(qū)域以及限定出第二熔融材料路徑的第二流出區(qū)域。至少一把電子束槍取向成將電子導(dǎo)向接收容器，并調(diào)節(jié)熔融材料沿第一熔融材料路徑和第二熔融材料路徑的流動(dòng)方向。
[0006]本公開(kāi)的另一方面涉及一種熔化和鑄造設(shè)備，包括熔化爐膛、與熔化爐膛流體連通的精煉爐膛以及與精煉爐膛流體連通的接收容器。接收容器包括限定出第一熔融材料路徑的第一流出區(qū)域以及限定出第二熔融材料路徑的第二流出區(qū)域。至少一個(gè)熔化電源取成來(lái)將能量導(dǎo)向接收容器，并調(diào)節(jié)熔融材料沿第一熔融材料路徑和第二熔融材料路徑的流動(dòng)方向。
[0007]本公開(kāi)的其它方面涉及一種鑄造金屬材料的方法。所述方法包括提供熔融金屬材料，以及使熔融金屬材料沿著包括限定出不同熔融材料路徑的至少兩個(gè)流出區(qū)域的接收容器流動(dòng)，其中，每個(gè)流出區(qū)域與不同鑄造位置相關(guān)。所述方法還包括選擇性地加熱所述至少兩個(gè)流出區(qū)域之一上的金屬材料，從而引導(dǎo)熔融金屬材料沿著由加熱的流出區(qū)域所限定的流徑流動(dòng)。
[0008]本發(fā)明的其它應(yīng)用領(lǐng)域?qū)南挛奶峁┑脑敿?xì)描述變得顯而易見(jiàn)。應(yīng)明白，盡管詳細(xì)描述和本文中的任何特定示例指示本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是僅意在說(shuō)明目的且不意在限制本發(fā)明的范圍。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]將從下文詳細(xì)說(shuō)明和附圖中更全面地理解本發(fā)明，附圖不一定按比例繪制，其中:
[0010]圖1是從第一角度觀看的根據(jù)本公開(kāi)的鑄造系統(tǒng)的非限制性實(shí)施例的示意圖；
[0011]圖2是從第二角度觀看的圖1所示鑄造系統(tǒng)的示意圖,示出鑄錠；
[0012]圖3是從圖2的角度觀看的圖1所示鑄造系統(tǒng)的示意圖，其中，鑄造腔和相關(guān)腔的壁以及路徑已經(jīng)被移回以暴露鑄造腔的內(nèi)部；
[0013]圖4A和圖4B是示意性示出圖1所示鑄造系統(tǒng)的熔化腔和鑄造腔的內(nèi)部的頂視圖，其中，指示出從接收容器到替代坩堝中的替代熔融材料流徑；
[0014]圖5是圖1所示鑄造系統(tǒng)的正視圖，其中示出底板通道內(nèi)的單獨(dú)鑄造模具；
[0015]圖6是圖1所示鑄造系統(tǒng)的側(cè)視圖，其中示出底板通道內(nèi)的單獨(dú)鑄造模具；以及
[0016]圖7A到圖7E示意性地示出根據(jù)本公開(kāi)的接收容器構(gòu)造的各替代實(shí)施例的頂視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如本文一般所使用的，冠詞“一個(gè)”和“所述”是指“至少一個(gè)”或“一個(gè)或多個(gè)”，
除非另有指不。
[0018]如本文一般所使用的，術(shù)語(yǔ)“包含”和“具有”意指“包括”。
[0019]如本文一般所使用的，術(shù)語(yǔ)“約”是指鑒于測(cè)量的性質(zhì)或精度，所測(cè)量的數(shù)量的誤差的可接受程度。誤差的典型的示例性程度可在給定值或值范圍的20%、10%或5%內(nèi)。
[0020]本文所述的全部數(shù)值數(shù)量在全部示例中將被理解為用術(shù)語(yǔ)“約”修飾，除非另有指示。本文公開(kāi)的數(shù)值數(shù)量是近似的且每個(gè)數(shù)值意指所述值和所述值周?chē)墓δ艿刃Х秶Ｗ詈?，并非試圖將等效物的理論的應(yīng)用限于權(quán)利要求書(shū)的范圍，每個(gè)數(shù)值應(yīng)至少根據(jù)所報(bào)告的有效數(shù)字的位數(shù)以及通過(guò)應(yīng)用一般的四舍五入法來(lái)解釋。盡管本文所述的數(shù)值數(shù)量的近似值是如此，但是在實(shí)際測(cè)量值的特定示例中描述的數(shù)值數(shù)量盡可能精確地報(bào)告。
[0021]本文所述的全部數(shù)值范圍包括歸入其中的全部子范圍。例如，范圍“I到10”意在包括介于其間的全部子范圍并且包括所述最小值I和所述最大值10。本文所述的任何最大數(shù)值極限意在包括全部較低數(shù)值極限。本文所述的任何最小數(shù)值極限意在包括全部更高數(shù)值極限。
[0022]在下文描述中，陳述特定細(xì)節(jié)來(lái)提供對(duì)本文所述物品和方法的各個(gè)實(shí)施例的透徹理解。然而，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將了解本文所述的實(shí)施例可在不具有這些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)行。在其它示例中，與所述物品和方法相關(guān)的眾所周知的結(jié)構(gòu)和方法可能不會(huì)示出或不會(huì)進(jìn)行詳細(xì)描述以免不必要地混淆本文所述的實(shí)施例的描述。而且，本公開(kāi)描述物品和方法的各個(gè)實(shí)施例的各個(gè)特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。然而，應(yīng)明白本公開(kāi)包括許多替代實(shí)施例，可通過(guò)以本領(lǐng)域技術(shù)人員可能發(fā)現(xiàn)有用的任何組合或子組合來(lái)組合本文所述的各個(gè)實(shí)施例的各個(gè)特征、方面和優(yōu)點(diǎn)中的任何一個(gè)而實(shí)現(xiàn)替代實(shí)施例。
[0023]例如鈦合金和特定其它高性能合金的錠的鑄造鑒于制造期間存在的極端條件和包括在合金中的材料的性質(zhì)而可能是昂貴的并且在工藝上是困難的。在許多當(dāng)前可用的冷爐膛鑄造系統(tǒng)中，例如在惰性氛圍中熔化的等離子弧或在真空熔化腔中熔化的電子束用于熔化回收廢料、母合金和其它原材料并將其混合以制造所要合金。這兩個(gè)鑄造系統(tǒng)利用可包含高密度或低密度夾雜物的材料，其繼而會(huì)造成品質(zhì)較低且可能不穩(wěn)定的熱量或錠。被認(rèn)為不穩(wěn)定的鑄造材料經(jīng)常可被熔化且重新使用，但這類(lèi)材料通常會(huì)被認(rèn)為品質(zhì)較低并且在市場(chǎng)上價(jià)值較低。因此，合金制造商根據(jù)預(yù)期輸入到等離子和電子束鑄造系統(tǒng)中的材料在每個(gè)熱量/錠上承擔(dān)相當(dāng)大的貨幣風(fēng)險(xiǎn)。
[0024]在利用等離子弧熔化或電子束熔化的鑄造系統(tǒng)中，火把或火藥的不適當(dāng)施加可導(dǎo)致加熱不足或加熱過(guò)度，并且會(huì)產(chǎn)生夾雜物可幸存于熔化產(chǎn)品中的情況。這些特定類(lèi)型的夾雜物是基合金材料和氛圍氣體(例如，氮?dú)饣蜓鯕?之間接觸的結(jié)果。電子束冷爐膛鑄造系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)用來(lái)減小這些夾雜物可幸存于最終熔化產(chǎn)品中的可能性。
[0025]電子束冷爐膛鑄造系統(tǒng)通常利用結(jié)結(jié)合基于流體的冷卻系統(tǒng)的銅爐膛來(lái)將爐膛的溫度限制為低于銅材料的熔化溫度的溫度。雖然基于水的冷卻系統(tǒng)是最常見(jiàn)的，但是其它系統(tǒng)(諸如基于氬氣的冷卻系統(tǒng))也可結(jié)合到冷爐膛中。冷爐膛系統(tǒng)至少部分使用重力來(lái)通過(guò)將夾雜物從駐留在爐膛內(nèi)的熔融材料移除而精煉熔融金屬材料。當(dāng)材料混合且在冷爐膛內(nèi)流動(dòng)時(shí)，密度相對(duì)較低的夾雜物在熔融材料的頂部漂浮一段時(shí)間，并且暴露的夾雜物可通過(guò)鑄造系統(tǒng)電子束中一個(gè)或多個(gè)而重新熔化或蒸發(fā)。密度相對(duì)較高的夾雜物沉到熔融材料的底部并靠近銅爐膛沉淀。由于與冷爐膛接觸的熔融材料通過(guò)爐膛的基于流體的冷卻系統(tǒng)的作用而得到冷卻，所以材料凍結(jié)而在爐膛底面上形成固態(tài)涂層或“渣殼”。渣殼保護(hù)爐膛的表面免受爐膛內(nèi)的熔融材料的影響。將夾雜物截留在渣殼內(nèi)會(huì)從熔融材料去除夾雜物，從而形成純度較高的鑄件。
[0026]盡管電子束冷爐膛鑄造系統(tǒng)提供許多優(yōu)點(diǎn)，但是這類(lèi)系統(tǒng)一次僅可制造一輪(run)或一錠熔融材料。一旦在熔化系統(tǒng)的鑄造模具內(nèi)部達(dá)到退出長(zhǎng)度(withdrawallength)，所述輪即完成，鑄造系統(tǒng)關(guān)閉并準(zhǔn)備下一輪和下一錠。下一鑄造輪的準(zhǔn)備包括阻止熔融材料流到坩堝以及在從鑄造模具系統(tǒng)完全提取錠之前使錠冷卻并凝固。在鑄造輪之間冷卻內(nèi)部熔化系統(tǒng)期間，形成在內(nèi)部熔化腔壁上的沉積物可變松并且掉到爐膛中。這些沉積物可在后續(xù)輪中結(jié)合到駐留在爐膛中的熔融材料中并且結(jié)合到那些輪中產(chǎn)生的錠中。這在熔化系統(tǒng)循環(huán)內(nèi)的后續(xù)熔化輪/錠中引起很大的品質(zhì)控制問(wèn)題。
[0027]良好混合的熔化合金產(chǎn)生組分更均勻的最終鑄造產(chǎn)品。此外，與當(dāng)前等離子加熱的系統(tǒng)非常類(lèi)似，在熔化循環(huán)之間或期間停止鑄造過(guò)程會(huì)產(chǎn)生有助于后續(xù)輪/加熱中組分鑄造的化學(xué)成分變化的條件。例如，在鈦合金鑄件的制造期間，干預(yù)常規(guī)電子束鑄造系統(tǒng)的操作可促進(jìn)鋁蒸發(fā)，并且鋁的沉積物在真空熔化腔內(nèi)的較冷表面上冷凝。冷凝物可掉回到熔融材料中，可能在最終鑄件中形成富含鋁的夾雜物。[0028]根據(jù)本公開(kāi)的電子束冷爐膛鑄造系統(tǒng)的實(shí)施例解決了與常規(guī)電子束冷爐膛鑄造系統(tǒng)相關(guān)的缺點(diǎn)。根據(jù)本公開(kāi)的非限制性實(shí)施例，鑄造系統(tǒng)包括:熔化腔；布置在熔化腔內(nèi)且使原材料熔化的熔化爐膛；精煉爐膛，可以是冷爐膛，與熔化爐膛流體連通；接收容器，與精煉爐膛流體連通；至少一個(gè)熔化電源；真空生成器；基于流體的冷卻系統(tǒng)；多個(gè)鑄造模具；以及電源。在本公開(kāi)的一個(gè)非限制性實(shí)施例中，鑄造系統(tǒng)包括:熔化腔；布置在熔化腔內(nèi)且使原材料熔化的熔化爐膛；精煉爐膛，優(yōu)選是冷爐膛，與熔化爐膛流體連通；接收容器，與精煉爐膛流體連通；多把(即，兩把或更多把)電子束槍?zhuān)徽婵丈善?；基于流體的冷卻系統(tǒng)；多個(gè)鑄造模具；以及電源。盡管熔化爐和鑄造系統(tǒng)以及本文所述的各個(gè)涉及的部件的設(shè)計(jì)可由任何合適供應(yīng)商擔(dān)保，但是在閱讀了對(duì)本文主題的描述后，一般技術(shù)人員將明白可行的供應(yīng)商。
[0029]盡管下文描述以及特定附圖中示出的根據(jù)本公開(kāi)的鑄造系統(tǒng)的下列非限制性實(shí)施例結(jié)合一把或多把電子束槍?zhuān)菓?yīng)了解其它熔化電源在鑄造系統(tǒng)中可用作材料加熱裝置。例如，本公開(kāi)還設(shè)想使用一個(gè)或多個(gè)等離子生成裝置的鑄造系統(tǒng)，一個(gè)或多個(gè)等離子生成裝置生成高能等離子，并通過(guò)使材料與生成的等離子接觸而加熱鑄造系統(tǒng)內(nèi)的金屬材料。
[0030]如一般技術(shù)人員所知，電子束鑄造系統(tǒng)的熔化爐膛經(jīng)由熔融材料流徑與系統(tǒng)的精煉爐流體連通。原材料被引入熔化腔和其中的熔化爐膛中，并且一個(gè)或多個(gè)電子束沖擊在材料上并將材料加熱到其熔點(diǎn)。為了允許適當(dāng)操作一把或多把電子束槍?zhuān)辽僖粋€(gè)真空生成器與熔化腔相關(guān)，并且在腔內(nèi)提供真空條件。在特定非限制性實(shí)施例中，入口區(qū)域也與熔化腔相關(guān)，原材料通過(guò)入口區(qū)域可被引入熔化腔中并熔化，且初始布置在熔化爐膛內(nèi)。入口區(qū)域可包括例如用于將材料運(yùn)輸?shù)饺刍癄t膛的輸送系統(tǒng)。如本領(lǐng)域中已知，被引入到鑄造系統(tǒng)的熔化腔中的原材料可呈多種形式，比如松散粒狀材料(例如，海綿狀物、碎片和母合金)或已經(jīng)被焊接成條形或其它合適形狀的塊狀固體。因此，入口區(qū)域可設(shè)計(jì)為處理預(yù)期由鑄造系統(tǒng)利用的特定原材料。
[0031]一旦原材料在熔化爐膛中熔化，熔融材料可在熔化爐膛中保持一段時(shí)間以更好地確保完全熔化和均勻性。熔融材料經(jīng)由熔融材料路徑從熔化爐膛移動(dòng)到精煉爐膛。精煉爐膛可位于熔化腔或另一真空殼體內(nèi)，并由真空系統(tǒng)維持在真空條件下以允許適當(dāng)?shù)夭僮髋c精煉爐膛相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)電子束槍。盡管可使用基于重力的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，但是還可使用機(jī)械移動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)幫助將熔融材料從熔化爐膛輸送到精煉爐膛。一旦熔融材料被布置在精煉爐膛中，材料便通過(guò)至少一把電子束槍在合適高溫下經(jīng)受連續(xù)加熱達(dá)足夠時(shí)間以可接受地精煉材料。一把或多把電子束槍再次以足夠功率將材料以熔融狀態(tài)維持在精煉爐膛中，并且還以足夠功率蒸發(fā)或熔化出現(xiàn)在熔融材料表面上的夾雜物。
[0032]熔融材料被保持在精煉爐膛中達(dá)足夠時(shí)間以從材料去除夾雜物并且另外精煉材料。例如，可根據(jù)熔融材料中的夾雜物的組分和普遍性選擇在精煉爐膛內(nèi)的相對(duì)較長(zhǎng)或相對(duì)較短的駐留時(shí)間。一般技術(shù)人員可容易確定合適駐留時(shí)間來(lái)在鑄造操作期間提供熔融材料的適當(dāng)精煉。優(yōu)選地，精煉爐膛是冷爐膛，并且熔融材料中的夾雜物可通過(guò)下列過(guò)程移除，包括:在熔融材料中分解；掉落到爐膛底部并且變成夾帶在渣殼中；和/或通過(guò)電子束在熔融材料表面上的作用而蒸發(fā)。在特定實(shí)施例中，被導(dǎo)向精煉爐膛的電子束槍跨過(guò)熔融材料的表面以預(yù)定模式掃描來(lái)產(chǎn)生混合作用?？梢曅枰峁┮粋€(gè)或多個(gè)機(jī)械移動(dòng)裝置來(lái)提供混合作用或補(bǔ)充通過(guò)掃描電子束生成的混合作用。
[0033]一旦被適當(dāng)精煉，熔融材料經(jīng)由重力和/或通過(guò)機(jī)械方式沿著熔融材料路徑到達(dá)由耐受熔融材料熱量的材料制造的接收容器。在一個(gè)非限制性布置中，接收容器位于包圍熔化爐膛和精煉爐膛的真空腔內(nèi)，并在鑄造期間被維持在真空條件下。在替代實(shí)施例中，接收容器位于分立鑄造腔內(nèi)，并被維持在真空條件下。接收容器可通過(guò)其自身的真空生成器被維持在真空條件下，或者可依靠由給包封熔化爐膛和/或精煉爐膛的腔提供真空條件的一個(gè)或多個(gè)真空生成器生成的真空。一把或多把電子束槍定位在包圍接收容器的殼體上，并使電子束沖擊在接收容器中的熔融材料上，從而將材料以熔融狀態(tài)維持在接收容器中。如上所述，設(shè)想的是，替代熔化電源(比如等離子生成裝置)可在鑄造系統(tǒng)中用作材料加熱裝置以通過(guò)施加高能等離子來(lái)加熱和/或精煉金屬材料。
[0034]參考圖1-3可更好地理解上述元件的布置，圖1到圖3示意性地示出根據(jù)本公開(kāi)的鑄造系統(tǒng)10的非限制性實(shí)施例。鑄造系統(tǒng)10包括熔化腔14。電子束槍16形式的多個(gè)熔化電源關(guān)于熔化腔14定位，并適于將電子束引導(dǎo)到熔化腔14的內(nèi)部。真空生成器18與熔化腔14相關(guān)。鑄造腔28定位為鄰近熔化腔14。若干電子束槍30定位在鑄造腔28上，并適于將電子束引導(dǎo)到鑄造腔28的內(nèi)部。原材料(例如，其可呈小塊材料、塊狀固體、母合金和粉末的形式)可通過(guò)能接近腔內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)入口區(qū)域而被引入到熔化腔14中。例如，如圖1到圖3中所示，入口腔20和21均包括接近口 (access hatch)，并與熔化腔14的內(nèi)部連通。在鑄造系統(tǒng)10的特定非限制性實(shí)施例中，入口腔20可以適當(dāng)?shù)剡m于允許將粒狀和粉末狀原材料引入熔化腔14中，入口腔21可以適當(dāng)?shù)剡m于允許將條狀和其它塊狀固體原材料引入熔化腔14中。(圖1-3中僅示出入口腔20和21以簡(jiǎn)化附圖。)
[0035]如圖3所示，鑄造腔28的可平移側(cè)壁32可從鑄造腔28拆卸并從鑄造系統(tǒng)10移走，從而暴露鑄造腔28的內(nèi)部。熔化爐膛40、精煉爐膛42和接收容器44連接到可平移側(cè)壁32，且因此可平移側(cè)壁32、熔化爐膛40、精煉爐膛42和接收容器44的整個(gè)裝配件可從鑄造系統(tǒng)10移走，從而暴露鑄造腔28的內(nèi)部。熔化爐膛40、精煉爐膛42和接收容器44的布置可見(jiàn)于圖3以及圖4A和圖4B中。圖4A和圖4B是示出熔化腔14和鑄造腔28的內(nèi)部的頂視圖，其中可平移側(cè)壁32以及相關(guān)熔化爐膛40、精煉爐膛42和接收容器44處在鑄造系統(tǒng)10中的適當(dāng)位置?？善揭苽?cè)壁32可從鑄造腔28移走以允許接近例如熔化爐膛40、精煉爐膛42和接收容器44中的任何一個(gè)，并且接近熔化腔14和鑄造腔28的內(nèi)部。而且，在一個(gè)或多個(gè)鑄造輪之后，可平移側(cè)壁、熔化爐膛、精煉爐膛和接收容器的特定裝配件可由這些元件的不同裝配件代替。
[0036]特別參考圖4A和圖4B，熔融材料從接收容器44流進(jìn)定位在接收容器44相對(duì)兩側(cè)的、標(biāo)記為“A”和“B”的兩個(gè)鑄造模具48中的一個(gè)或另一個(gè)中。因此，接收容器44 “接收”來(lái)自精煉爐膛42的熔融材料，并將熔融材料輸送到選定的鑄造模具48。優(yōu)選地，接收容器44相對(duì)于精煉爐膛42是靜止或固定的，而非“傾斜”容器，這是因?yàn)橐呀?jīng)觀察到適于向一側(cè)或另一側(cè)傾斜的接收容器導(dǎo)致額外的磨損，并且因此可能需要進(jìn)行更頻繁的維護(hù)。在特定非限制性實(shí)施例中，接收容器44包括用來(lái)更好地防止飛濺和溢出的高側(cè)壁，以及兩個(gè)相對(duì)定位的注口 46。在鑄造操作期間，每個(gè)注口 46定位在退出模具(withdrawal mold)或另一類(lèi)型的鑄造模具或坩堝的開(kāi)口上方，以將熔融材料鑄造成錠或其它鑄造物品。在一個(gè)可行的非限制性布置中，至少一把電子束槍定位在接收容器44上方，并在特定實(shí)施例中大致定位在每個(gè)注口 46與接收容器44的中心之間，使得由兩把電子束槍中的每一把發(fā)射的電子束可沖擊位于接收容器44的一半上的材料。
[0037]熔化爐膛40、精煉爐膛42和接收容器44的一個(gè)可行非限制性布置示于圖4A和圖4B中，且部分示于圖3中。精煉爐膛42與接收容器44的一側(cè)的中心區(qū)域流體連通。接收容器44包括位于其相對(duì)兩個(gè)末端的注口 46，鑄造模具48可定位在每個(gè)注口 46下方。精煉爐膛42相對(duì)于接收容器46的取向在從上方觀看時(shí)大致形成“T”形。如圖4A和圖4B的非限制性實(shí)施例所示，鑄造模具48可定位成緊鄰接收容器44，使得模具48從接收容器44接收熔融材料而無(wú)需接收容器44傾斜來(lái)到達(dá)模具48。在特定非限制性實(shí)施例中，鑄造模具48放置為相隔一定距離，所述距離被選擇成防止打算在一個(gè)特定鑄造模具48中鑄造的熔融或部分熔融材料濺到另一鑄造模具中。這種布置允許在鑄造期間更好地控制錠或其它鑄造物品中的化學(xué)成分和熱量分布。精煉爐膛42和接收坩堝44的大致T形的布置(其中注口 46位于接收坩堝46的相對(duì)末端)允許鑄造模具48隔開(kāi)一定距離，所述距離更好地確保打算用于一個(gè)鑄造模具48的飛濺的熔融或部分熔融材料不會(huì)進(jìn)入另一鑄造模具48。
[0038]如圖4A和圖4B所示，熔融材料可通過(guò)選擇一條或另一條熔融材料流徑而流到鑄造模具48中的一個(gè)或另一個(gè)。圖4A示出一條熔融材料路徑，其從熔化爐膛40到精煉爐膛
42、到接收容器44，接著沿由接收容器44的右區(qū)域(如圖中所取向)所限定的第一流出區(qū)域從位于接收容器44右區(qū)域上的注口 46流入鑄造模具A中。圖4B示出替代熔融材料流徑，其中熔融材料從熔化爐膛40流到精煉爐膛42、接收容器44，接著沿由接收容器44的左區(qū)域(如圖中所取向)所限定的第二流出區(qū)域從位于接收容器44左區(qū)域上的注口 46流入鑄造I吳具B中。
[0039]鑄造系統(tǒng)10可構(gòu)造成熔融材料僅沿一條期望流徑(沿著特定期望流徑A或B)流到一個(gè)或另一個(gè)(左或右)注口 46。鑄造腔28內(nèi)的電子束槍30布置成在啟動(dòng)時(shí)，所發(fā)射的電子束激發(fā)，從而加熱僅位于接收容器44的一側(cè)或另一側(cè)或兩側(cè)上的材料并將材料維持在熔融狀態(tài)，僅打開(kāi)流徑A、僅打 開(kāi)流徑B、或打開(kāi)兩條流徑。優(yōu)選地，當(dāng)一把電子束槍起作用并且沿著接收容器44上的一條流徑加熱材料時(shí)，另一電子束槍不起作用并且不沿著接收容器44上的另一流徑加熱材料。位于未被起作用的電子束槍加熱的接收容器44 一側(cè)的熔融材料冷卻并凝固，從而產(chǎn)生防止熔融材料沿著所述未被加熱的流徑流動(dòng)的障礙物。因此，熔融材料被引導(dǎo)為朝向被電子束積極加熱的接收容器44 一側(cè)流動(dòng)，并且僅沿著橫跨接收容器的所述側(cè)的流徑流入鄰近的鑄造模具48中。當(dāng)然，結(jié)合除電子束槍以外的熔化電源(比如等離子生成裝置)作為材料熔化裝置的根據(jù)本公開(kāi)的鑄造系統(tǒng)可以類(lèi)似方式操作，其通過(guò)利用特定熔化電源作為材料加熱裝置來(lái)選擇性地加熱接收容器的區(qū)域上的材料以允許熔融材料僅沿著特定期望流徑流動(dòng)。
[0040]操作員可在特定鑄造輪期間選擇第一流徑且接著隨后選擇第二流徑，從而允許一個(gè)鑄造輪包括例如在第一鑄造模具(諸如圖4A中標(biāo)注為“A”的鑄造模具48)中鑄造第一徒或其它鑄造物品，接著及時(shí)在弟二鑄造I旲具(諸如圖4B中標(biāo)注為“B”的鑄造I旲具48)中鑄造第二錠或其它鑄造物品。此類(lèi)操作可以是連續(xù)的，而無(wú)需在第一鑄造模具、第二鑄造模具等中鑄造連續(xù)錠或其它鑄造物品期間關(guān)閉鑄造系統(tǒng)10。
[0041]而且，鑒于在兩個(gè)或兩個(gè)以上錠或其它鑄造物品的這種連續(xù)鑄造輪期間在任一次僅使用一個(gè)鑄造模具，可在使用不同鑄造模具時(shí)準(zhǔn)備當(dāng)前未被使用的一個(gè)或多個(gè)鑄造模具用來(lái)接收熔融材料。鑄造系統(tǒng)10的這個(gè)特征還允許在單個(gè)鑄造輪中鑄造兩個(gè)以上錠或其它鑄造形狀。為了允許以這種方式鑄造，可在使用另一鑄造模具的同時(shí)準(zhǔn)備一個(gè)鑄造模具來(lái)接收熔融材料。在另一可行布置中，可在鑄造輪期間使用兩個(gè)以上鑄造模具，并且將其順次定位在接收容器44的一個(gè)或另一個(gè)注口 46下方。圖5和圖6示出與鑄造設(shè)備10有關(guān)的一個(gè)可行的非限制性布置。圖5是鑄造系統(tǒng)10的正視圖，其中兩個(gè)可平移退出模具50A和50B顯示為布置在底板通道52內(nèi)并在底板表面64下方。圖3中也示出通道52。錠模具50A和50B可沿著軌道系統(tǒng)54在底板通道52內(nèi)平移。圖5中不存在可平移鑄造腔壁32以顯露其中鑄造腔14和熔化腔28、熔化爐膛40、精煉爐膛42以及接收容器44的內(nèi)部。在圖5中，退出模具50A顯示為定位成接收熔融材料，所述熔融材料沿著接收容器44的右區(qū)域流動(dòng)通過(guò)鑄造口 58，進(jìn)入退出模具50A以形成合金錠56A。一般技術(shù)人員將容易理解退出模具的設(shè)計(jì)和操作模式，而無(wú)需在本文中作進(jìn)一步描述。
[0042]再參考圖3、圖5和圖6，一旦特定退出模具填充有熔融材料，則所述退出模具可在軌道系統(tǒng)54上平移遠(yuǎn)離鑄造腔28中的特定鑄造口(參見(jiàn)圖3)，熔融材料通過(guò)特定鑄造口58從接收容器44流入退出模具中。鑄錠接著可從退出模具移除，諸如通過(guò)從退出模具延伸鑄錠，模具可被準(zhǔn)備為定位在鑄造口 58下方以再次接收熔融材料并鑄造額外錠。在圖3、圖5和圖6中，例如，退出模具50B顯示為沿著軌道系統(tǒng)54平移遠(yuǎn)離鑄造口 58到底板區(qū)域52的側(cè)面區(qū)域，從而允許通過(guò)形成底板通道52頂部的底板表面64中的錠提取端口 65從退出模具50B移除鑄錠56B。
[0043]在單個(gè)鑄造輪中鑄造兩個(gè)或更多個(gè)錠或其它鑄造形狀的可能性的特別有利之處在于，以連續(xù)方式操作鑄造系統(tǒng)10會(huì)減少停機(jī)時(shí)間，并可改進(jìn)鑄件產(chǎn)出和質(zhì)量。在鑄造輪期間以上文描述中設(shè)想的方式連續(xù)使用鑄造模具會(huì)允許減少因由關(guān)閉和重啟鑄造系統(tǒng)引起的設(shè)備溫度變化而發(fā)生的不利熱循環(huán)。例如，當(dāng)例如鑄造含鋁鈦合金或另一含鋁合金時(shí)，減少熱循環(huán)可顯著減少鋁蒸發(fā)。蒸發(fā)的鋁可冷凝在鑄造系統(tǒng)的熔化腔和鑄造腔內(nèi)的較冷表面上，并且鋁冷凝物可掉回到熔融材料中，從而在最終鑄造產(chǎn)品中產(chǎn)生有問(wèn)題的變化。以連續(xù)方式運(yùn)行本文所述的鑄造系統(tǒng)的能力允許在熔化腔和鑄造腔的內(nèi)部維持高溫達(dá)較長(zhǎng)一段時(shí)間，從而更好地防止內(nèi)部表面冷卻以及鋁和其它冷凝物形成在那些表面上。繼而，冷凝物較不可能結(jié)合到最終鑄件中使鑄錠的化學(xué)組分有問(wèn)題。此外，由于無(wú)需像允許較短鑄造輪的系統(tǒng)那樣頻繁接近鑄造腔的內(nèi)部，所以鑄造系統(tǒng)的操作產(chǎn)出更高。
[0044]如前文所論述，盡管特定實(shí)施例的上述說(shuō)明描述了這樣的鑄造系統(tǒng)，其將電子槍用作熔化電源來(lái)熔化和精煉金屬材料，并調(diào)節(jié)熔融材料沿著接收容器可行流徑的流動(dòng)，但是應(yīng)了解還可使用其它熔化電源。例如，上文結(jié)合鑄造系統(tǒng)10論述的電子槍可由等離子生成裝置代替，以通過(guò)將高能等離子導(dǎo)向材料而加熱和/或精煉材料，或者其它合適的熔化電源可用作材料加熱裝置。一般技術(shù)人員熟悉等離子生成裝置和其它替代熔化電源用來(lái)加熱并精煉金屬材料的可能用途。
[0045]盡管在附圖中描述并在根據(jù)本公開(kāi)的鑄造系統(tǒng)的特定非限制性實(shí)施例的上文描述中論述了接收容器的精煉實(shí)施例的特定大致T形布置，但是應(yīng)了解接收容器可具有任何形狀和構(gòu)造，其允許選擇兩條或更多條可行流徑中的一個(gè)條或多條來(lái)選擇性地控制對(duì)沿著各條路徑的材料的加熱。根據(jù)本公開(kāi)的接收容器的可行非限制性替代形狀包括各種大致Y形接收容器(例如，圖7A和圖7B)、十字形接收容器(例如，圖7C)和叉形接收容器(例如，圖7D和圖7E)。圖7A所示大致Y形非限制性實(shí)施例提供了兩條可行流徑“A”和“B”，而圖7C到圖7E所示非限制性實(shí)施例提供了三條可行流徑和“C”。不管是電子束槍、等離子生成裝置還是其它裝置，用作鑄造系統(tǒng)中的材料加熱裝置的特定熔化電源都可被選擇性地供能和連串(train on)或以其它方式適于加熱任何這類(lèi)接收容器實(shí)施例中的一條或多條流徑，以加熱材料并允許熔融材料沿著選定流徑流動(dòng)并流進(jìn)鄰近的鑄造模具中。例如，應(yīng)了解與圖7C到圖7E所示非限制性接收容器實(shí)施例相關(guān)的鑄造系統(tǒng)可包括鄰近三條流出路徑和“C”中的每條的鑄造模具位置。在這類(lèi)布置中，例如，可在熔融材料在定位在流徑“C”上的鑄造模具中鑄造的同時(shí)，準(zhǔn)備被定位或?qū)⒈欢ㄎ粊?lái)從流徑“A”和“B”接收熔融材料的鑄造模具。例如，如果在特定鑄造系統(tǒng)或鑄造輪中，在熔融材料到模具的流動(dòng)停止后花費(fèi)大量時(shí)間來(lái)將錠或其它鑄造從鑄造模具移除，那么可期望提供三個(gè)或更多個(gè)鑄造位置以及相關(guān)鑄造模具以始終允許鑄造模具準(zhǔn)備在模具已經(jīng)填滿時(shí)用于接收熔融材料。在該情況下，接收容器可設(shè)計(jì)為提供到三個(gè)或更多個(gè)鑄造位置中的每個(gè)的流徑，并且相關(guān)的熔化電源會(huì)調(diào)節(jié)熔融材料沿若干流徑的流動(dòng)。
[0046]—般技術(shù)人員在閱讀了本公開(kāi)后，將了解根據(jù)本公開(kāi)的鑄造系統(tǒng)的接收容器可設(shè)計(jì)為包括任何合適數(shù)量的流徑。然而，鑒于將流出路徑間隔開(kāi)以防止熔融材料意外進(jìn)入鑄造模具或沖擊未使用的鑄造位置是有利的，并且還鑒于與包括額外鑄造位置相關(guān)的費(fèi)用，所以根據(jù)本公開(kāi)的鑄造系統(tǒng)可包括兩個(gè)或三個(gè)鑄造位置以及形狀做成允許流徑到達(dá)每個(gè)這類(lèi)鑄造位置的接收容器。
[0047]根據(jù)本公開(kāi)的鑄造系統(tǒng)的實(shí)施例可適于鑄造各種金屬和金屬合金。例如，根據(jù)本公開(kāi)的鑄造系統(tǒng)的實(shí)施例可適于鑄造:商用純度(CP)鈦等級(jí)；鈦合金(包括:例如，鈦鈀合金和鈦鋁合金(諸如T1-6A1-4V合金、Τ?-3Α1-2.5V合金和Ti_4Al_2.5V合金));鈮合金；和鋯合金。可由根據(jù)本公開(kāi)的鑄造系統(tǒng)和相關(guān)鑄造方法處理的一種特定T1-4A1-2.5V合金在商業(yè)上可作為ATI?425?合金從美國(guó)賓夕法尼亞匹茲堡的Allegheny TechnologiesIncorporated 購(gòu)得。
[0048]本公開(kāi)還涉及一種`用于鑄造金屬材料的方法。所述方法包括提供熔融金屬材料，以及使熔融金屬材料沿著包括限定出不同熔融材料路徑的至少兩個(gè)流出區(qū)域的接收容器流動(dòng)。接收容器的不同流出區(qū)域均與不同鑄造位置相關(guān)，在不鑄造位置，鑄造設(shè)備可被定位成鑄造熔融金屬材料。所述至少兩個(gè)流出區(qū)域之一上的金屬材料被選定性地加熱以熔化位于選定流出區(qū)域上的金屬材料和/或?qū)⑽挥谶x定流出區(qū)域上的金屬材料維持在以=熔融狀態(tài)，從而引導(dǎo)熔融金屬材料沿著由加熱的流出區(qū)域所限定的流徑流動(dòng)。在特定實(shí)施例中，所述方法包括加熱原材料，所述原材料被選擇來(lái)提供熔融金屬材料的期望組分。如上所提及，在特定實(shí)施例中，金屬材料具有從商用純鈦等級(jí)、鈦合金、鈦鈀合金、鈦鋁合金、T1-6A1-4V合金、T1-3Al-2.5V合金、T1-4Al-2.5V合金、鈮合金和鋯合金中選擇的組分。在根據(jù)本公開(kāi)的方法的特定非限制性實(shí)施例中，接收容器包括至少三個(gè)流出區(qū)域，所述方法包括選擇性地加熱布置在所述至少三個(gè)流出區(qū)域之一上的金屬材料，從而引導(dǎo)熔融金屬材料沿著由加熱的流出區(qū)域限定的流徑流動(dòng)。
[0049]在根據(jù)本公開(kāi)的方法的特定非限制性實(shí)施例中，提供熔融金屬材料的步驟包括加熱原材料，所述原材料被選擇來(lái)提供熔融金屬材料的期望組分。在根據(jù)本公開(kāi)的方法的特定非限制性實(shí)施例中，提供熔融金屬材料的步驟還包括精煉熔融金屬材料。在根據(jù)本公開(kāi)的方法的特定非限制性實(shí)施例中，每條熔融材料路徑除包括接收容器外，還包括熔化爐膛和/或精煉爐膛。在根據(jù)本公開(kāi)的方法的特定非限制性實(shí)施例中，選擇性地加熱位于接收容器的選定流出區(qū)域上的金屬材料的步驟包括用電子束槍和等離子生成裝置中的至少一個(gè)加熱金屬材料。然而，應(yīng)了解其它合適的熔化電源可用作材料加熱裝置。根據(jù)本公開(kāi)的方法的特定非限制性實(shí)施例包括在鑄造設(shè)備中在與加熱的流出區(qū)域相關(guān)的鑄造位置處鑄造熔融金屬材料的額外步驟。在特定實(shí)施例中，鑄造設(shè)備是退出模具。
[0050]根據(jù)本公開(kāi)的用于鑄造金屬材料的方法的一個(gè)特定實(shí)施例包括:加熱原材料，所述原材料被選擇來(lái)提供熔融金屬材料的期望組分；精煉熔融金屬材料；使熔融金屬材料沿著包括限定出不同熔融材料路徑的至少兩個(gè)流出區(qū)域的接收容器流動(dòng)，其中每個(gè)流出區(qū)域與不同鑄造位置相關(guān)；以及用電子束槍和等離子生成裝置中的至少一個(gè)選擇性地加熱位于所述至少兩個(gè)流出區(qū)域之一上的金屬材料，從而引導(dǎo)熔融金屬材料沿著由加熱的流出區(qū)域所限定的流徑流動(dòng)。在所述方法的特定非限制性實(shí)施例中，熔融金屬材料具有從商用純鈦等級(jí)、鈦合金、鈦鈀合金、鈦鋁合金、T1-6A1-4V合金、T1-3Al-2.5V合金、Ti_4Al_2.5V合金、銀合金和錯(cuò)合金中選擇的合金的組分。
[0051]本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將容易了解本發(fā)明具有廣泛實(shí)用性和應(yīng)用性。除本文所述以外的本發(fā)明的許多實(shí)施例和調(diào)適以及許多變動(dòng)、修改和等效布置將從本發(fā)明和其前文描述變得顯而易見(jiàn)或由本發(fā)明和其前文描述合理建議，而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)或范疇。因此，盡管本發(fā)明已經(jīng)關(guān)于其優(yōu)選實(shí)施例在本文中進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是應(yīng)了解本公開(kāi)僅是說(shuō)明并示例本發(fā)明并且僅出于提供本發(fā)明的全面且有可能的公開(kāi)的目的而制作。前述公開(kāi)不意在或不解釋為限制本發(fā)明或以其它方式排除任何此類(lèi)其它實(shí)施例、調(diào)適、變動(dòng)、修改和等效布置。
【權(quán)利要求】
1.一種熔化和鑄造設(shè)備，其包括: 熔化爐膛； 精煉爐膛，與所述熔化爐膛流體連通； 接收容器，與所述精煉爐膛流體連通，所述接收容器包括限定出第一熔融材料路徑的第一流出區(qū)域以及限定出第二熔融材料路徑的第二流出區(qū)域；以及 至少一把電子束槍?zhuān)∠虺蓪㈦娮訉?dǎo)向所述接收容器，并調(diào)節(jié)熔融材料沿所述第一熔融材料路徑和所述第二熔融材料路徑的流動(dòng)方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述熔化爐膛、所述精煉爐膛和所述接收容器布置在一殼體內(nèi)，所述殼體可以被維持在真空條件下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔化和鑄造設(shè)備，還包括: 第一鑄造模具，可以定位成接收沿所述第一熔融材料路徑流動(dòng)的熔融材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熔化和鑄造設(shè)備，還包括: 第二鑄造模具，可以定位成接收沿所述第二熔融材料路徑流動(dòng)的熔融材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述第一鑄造模具和所述第二鑄造模具可以在所述鑄造模具接收來(lái)自所述接收容器的熔融材料的位置來(lái)回平移。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 熔化和鑄造設(shè)備，其中至少一把電子束槍定位在所述接收容器上方，并在所述至少一把電子束槍發(fā)射電子束時(shí)允許熔融材料流動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述接收容器的位置相對(duì)于所述精煉爐膛是固定的。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述接收容器定位成熔融材料根據(jù)所述至少一把電子束槍的位置和功率電平可以從所述接收容器流進(jìn)所述第一鑄造模具或所述第二鑄造模具中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中大致T形布置由精煉坩堝和所述接收容器的相對(duì)位置形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述接收容器包括相對(duì)兩端，并且在各端部設(shè)置有注口。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述接收容器包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域位于所述第一熔融材料路徑內(nèi)，所述第二區(qū)域位于所述第二熔融材料路徑內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述接收容器是大致“T”形的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述接收容器包括限定出第一熔融材料路徑的第一流出區(qū)域、限定出第二熔融材料路徑的第二流出區(qū)域和限定出第三熔融材料路徑的第三流出區(qū)域；以及 所述至少一把電子束槍取向成將電子導(dǎo)向所述接收容器，并調(diào)節(jié)熔融材料沿所述第一熔融材料路徑、所述第二熔融材料路徑和所述第三熔融材料路徑之一的流動(dòng)方向。
14.一種熔化和鑄造設(shè)備，其包括: 熔化爐膛； 精煉爐膛，與所述熔化爐膛流體連通； 接收容器，與所述精煉爐膛流體連通，所述接收容器包括限定出第一熔融材料路徑的第一流出區(qū)域和限定出第二熔融材料路徑的第二流出區(qū)域；以及 至少一個(gè)熔化電源，取向成將能量導(dǎo)向所述接收容器，并調(diào)節(jié)熔融材料沿所述第一熔融材料路徑和所述第二熔融材料路徑的流動(dòng)方向。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述熔化爐膛、所述精煉爐膛和所述接收容器布置在一殼體中，所述殼體可以被維持在真空條件下。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熔化和鑄造設(shè)備，還包括: 第一鑄造模具，可以定位成接收沿所述第一熔融材料路徑流動(dòng)的熔融材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的熔化和鑄造設(shè)備，還包括: 第二鑄造模具，可以定位成接收沿所述第二熔融材料路徑流動(dòng)的熔融材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述第一鑄造模具和所述第二鑄造模具可以在所述鑄造模具接收來(lái)自所述接收容器的熔融材料的位置處來(lái)回平移。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中至少一個(gè)熔化電源定位在所述接收容器上方，并在所述至少一個(gè)熔化電源發(fā)射能量時(shí)允許熔融材料流動(dòng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述接收容器的位置相對(duì)于所述精煉爐膛是固定的。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述接收容器定位成熔融材料根據(jù)所述至少一個(gè)等離子生成裝置的位置和功率電平可以從所述接收容器流進(jìn)所述第一鑄造模具或所述第二鑄造模具中。`
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中大致T形布置由精煉坩堝和所述接收容器的相對(duì)位置形成。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述接收容器包括相對(duì)端部，并且其中在各端部設(shè)置有注口。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述接收容器包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域位于所述第一熔融材料路徑內(nèi)，所述第二區(qū)域位于所述第二熔融材料路徑內(nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述接收容器包括限定出第一熔融材料路徑的第一流出區(qū)域、限定出第二熔融材料路徑的第二流出區(qū)域和限定出第三熔融材料路徑的第三流出區(qū)域；以及 所述至少一個(gè)熔化電源取向成將能量導(dǎo)向所述接收容器，并調(diào)節(jié)熔融材料沿所述第一熔融材料路徑、所述第二熔融材料路徑和所述第三熔融材料路徑之一的流動(dòng)方向。
26.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述至少一個(gè)熔化電源是等離子生成裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中至少一個(gè)等離子生成裝置定位在所述接收容器上方，并在所述至少一個(gè)熔化電源發(fā)射高能等離子時(shí)允許熔融材料流動(dòng)。
28.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熔化和鑄造設(shè)備，其中所述接收容器包括限定出第一熔融材料路徑的第一流出區(qū)域、限定出第二熔融材料路徑的第二流出區(qū)域和限定出第三熔融材料路徑的第三流出區(qū)域；以及 至少一個(gè)等離子生成裝置取向成將高能等離子導(dǎo)向所述接收容器，并調(diào)節(jié)熔融材料沿所述第一熔融材料路徑、所述第二熔融材料路徑和所述第三熔融材料路徑之一的流動(dòng)方向。
29.一種用于鑄造金屬材料的方法，所述方法包括: 提供熔融金屬材料； 使所述熔融金屬材料沿著包括限定出不同熔融材料路徑的至少兩個(gè)流出區(qū)域的接收容器流動(dòng)，其中每個(gè)流出區(qū)域與不同鑄造位置相關(guān)；以及 選擇性地加熱位于所述至少兩個(gè)流出區(qū)域之一上的金屬材料，從而引導(dǎo)熔融金屬材料沿著由加熱的流出區(qū)域所限定的流徑流動(dòng)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中提供熔融金屬材料包括加熱原材料，所述原材料被選擇成提供所述熔融金屬材料的期望組分。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中提供熔融金屬材料還包括精煉所述熔融金屬材料。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中每條熔融材料路徑包括熔化爐膛、精煉爐膛和所述接收容器。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中選擇性地加熱位于所述至少兩個(gè)流出區(qū)域之一上的金屬材料包括用熔化電源、電子束槍和等離子生成裝置中的至少一個(gè)加熱所述金屬材料。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中: 所述接收容器包括至少三個(gè)流出區(qū)域；以及 所述方法包括選擇性地加熱位于所述至少三個(gè)流出區(qū)域之一上的金屬材料，從而引導(dǎo)熔融金屬材料沿著由加熱的流出區(qū)域所限定的流徑流動(dòng)。
35.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，還包括: 在鑄造設(shè)備中在與所述加熱的流出區(qū)域相關(guān)的鑄造位置處鑄造所述熔融金屬材料。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述鑄造設(shè)備是退出模具。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述熔融金屬材料具有從商用純鈦等級(jí)、鈦合金、鈦鈀合金、鈦鋁合金、T1-6A1-4V合金、Τ?-3Α1-2.5V合金、Τ?-4Α1-2.5V合金、鈮合金和錯(cuò)合金中選擇的合金的組分。
38.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，包括: 加熱原材料，所述原材料被選擇成提供所述熔融金屬材料的期望組分； 精煉所述熔融金屬材料； 使所述熔融金屬材料沿著包括限定出不同熔融材料路徑的至少兩個(gè)流出區(qū)域的接收容器流動(dòng)，其中每個(gè)流出區(qū)域與不同鑄造位置相關(guān)；以及 用熔化電源、電子束槍和等離子生成裝置中的至少一個(gè)選擇性地加熱位于所述至少兩個(gè)流出區(qū)域之一上的金屬材料，從而引導(dǎo)熔融金屬材料沿著由所述加熱的流出區(qū)域所限定的流徑流動(dòng)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述熔融金屬材料具有從商用純鈦等級(jí)、鈦合金、鈦鈀合金、鈦鋁合金、T1-6A1-4V合金、Τ?-3Α1-2.5V合金、Τ?-4Α1-2.5V合金、鈮合金和錯(cuò)合金中選擇的合金的組分。
【文檔編號(hào)】F27D3/14GK103562663SQ201280026875
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月7日
【發(fā)明者】T.R.莫克斯利, L.G.迪恩, T.F.索蘭, E.J.哈斯, D.P.奧斯汀, M.J.阿諾德, E.R.馬丁 申請(qǐng)人:Ati資產(chǎn)公司