一种无污染高效细化钛铝合金装置制造方法
【专利摘要】一种无污染高效细化钛铝合金装置，本发明涉及一种无污染高效细化合金装置，尤其涉及钛铝合金细化装置。本发明的目的是为解决现有超声波设备不能在钛铝合金铸造过程中使用，超声振动时钛铝熔体与模壳反应严重，尤其是在电磁感应熔铸中无法使用超声设备处理钛铝合金熔体问题。本装置包括罐体、真空泵、超声波发生器、超声波振荡设备与钛铝合金熔体熔炼设备；其中，所述超声波振荡设备包括上送料传动装置、连接杆、绝缘垫、换能器、固定架、铝合金变幅杆和T8钢工具头；其中，所述钛铝合金熔体熔炼设备包括线圈、刚玉管、莫来石纤维层、模壳、棒料层、石墨毡和下固定杆。本发明应用于无污染高效细化钛铝合金领域。
【专利说明】一种无污染高效细化钛铝合金装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无污染高效细化合金装置，尤其涉及钛铝合金细化装置。
【背景技术】
[0002]超声波作为新的熔体处理技术，具有无污染、高效率，符合现在科学技术及社会发展对环保、可循环利用材料的要求。超声波作为机械波要想引入到熔体中，必须中间有传导介质，根据介质的不同可分为直接引入和间接引入，直接引入是指超声工具头直接作用到熔体，间接引入是指超声工具头与熔体间有中间介质。如果按照引入方式的位置，可分为上部引入、侧面引入和底部引入，最直接、最简单的超声波引入熔体的方式是上部引入法，这种方式引入效率最高，但是由于与金属液体直接接触，故对工具头要求比较高，不仅能够耐高温，而且还要具有热稳定性和较高的高温疲劳强度。底部和侧部引入超声波的方法，是通过模臂把超声波和超声震动传导给熔体，这种势必会衰减部分超声波，损失一部分能量，需要更大功率的超声波才能达到理想效果。目前，超声波已经被引用到中高低温合金领域，如=Sn-Sb合金使用超声波处理后明显细化了晶粒；此外，超声波对纯铝的处理，可以使凝固组织由柱状晶转变为等轴晶，并且使其强度提高35%，硬度也相应的得到提高；还有超声波处理TlO钢，处理后的TlO钢的平均尺寸由820 μ m降低到315 μ m，细化程度可达到61%，等等。有上述报道可见，超声波已经在金属熔体处理方面得到了广泛应用。但在钛铝合金铸造过程中，由于钛铝合金的化学活性很强，几乎与所有陶瓷和石墨都发生反应，真空系统和磁场环境使得超声波很难导入到钛铝合金熔体中。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为解决现有钛铝合金组织细化时有污染、超声波在真空钛铝合金铸造过程中无法传播，尤其是在电磁感应熔铸中无法使用超声设备处理钛铝合金熔体问题，以解决超声能量传播，高温下钛铝合金与模壳反应，污染钛铝合金熔体，损坏超声波设备的问题，而提供了一种无污染高效细化钛铝合金装置。
[0004]一种无污染高效细化钛铝合金装置，它包括以下部分:
[0005]罐体、真空泵、超声波发生器、超声波振荡设备与钛铝合金熔体熔炼设备；
[0006]其中，所述超声波振荡设备包括上送料传动装置、连接杆、绝缘垫、换能器、固定架、铝合金变幅杆和T8钢工具头；
[0007]其中，所述钛铝合金熔体熔炼设备包括线圈、刚玉管、莫来石纤维层、模壳、棒料层、石墨租和下固定杆；
[0008]所述上送料传动装置固定于罐体的上中部，所述下固定杆固定于罐体的下中部，所述上送料传动装置与下固定杆的中心在一条直线上，所述真空泵设置在罐体的侧壁上，所述连接杆一端通过螺栓与上送料传动装置相连接，所述连接杆另一端与固定架相连接，所述绝缘垫位于固定架的上盖的中心部位，与换能器的接线柱接触，所述固定架通过螺栓固定罩在换能器上，所述铝合金变幅器一端与换能器固定连接，所述变幅器另一端与T8钢工具头固定连接；
[0009]所述下固定杆上固定有石墨毡，所述石墨毡上固定有刚玉管，所述刚玉管外部缠有线圈，所述刚玉管内部裹有模壳，所述模壳内部填充有棒料层，所述模壳和刚玉管中间的空隙中填充有莫来石纤维层。
[0010]工作原理:
[0011]本发明的优越性在于解决了钛铝合金中超声波引入问题及超声波设备在高温下与钛铝合金反应，污染钛铝合金熔体，损坏超声波设备的问题，使超声波设备可重复使用。
[0012]所述超声波发生器16产生频率为20KHz的振荡电信号，经过超声波输出电缆传导到换能器5，通过换能器5将电信号转变成机械振动带动固定架6、连接杆3和上送料传动装置2共同调节超声波振荡设备的工作位置；
[0013]所述机械振动的振幅约为7?9 μ m，振幅经过铝合金变幅杆7后将振幅放大到17.5 μ m?22.5 μ m,放大后由T8钢工具头8将超声波导出，超声波作用在熔融的棒料层13上面；其中变幅杆7采用的是铝合金，而工具头8考虑到它所处的环境更加苛刻，故选用T8钢制造，所述换能器5是压电陶瓷型；
[0014]将刚玉管10、莫来石纤维11、模壳12、棒料层13即钛铝合金熔体熔炼设备放到线圈9代表的电磁冷坩埚中，本发明的优越性在于连接杆3、绝缘垫4、换能器5、固定架6、铝合金变幅杆7、T8钢工具头8组成了整套的超声波发生装置的超声波振荡设备工作部分，解决钛铝合金中超声波引入问题；线圈9、刚玉管10、莫来石纤维层11、模壳12、棒料层13组成的熔炼部分的中心基本在一条直线上，这样能够使感应加热效率达到最高；其中莫来石纤维的优点在于具有良好保温功能；模壳成分为氧化钇，为高温下不与钛铝合金发生反应，解决污染钛铝合金熔体，损坏超声波设备的问题，使超声波设备可重复使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明装置的示意图；
[0016]图2是图1中的局部放大图。
【具体实施方式】
[0017]【具体实施方式】一:本实施方式的一种无污染高效细化钛铝合金装置，它包括以下部分:
[0018]罐体1、真空泵17、超声波发生器16、超声波振荡设备与钛铝合金熔体熔炼设备；
[0019]其中，所述超声波振荡设备包括上送料传动装置2、连接杆3、绝缘垫4、换能器5、固定架6、铝合金变幅杆7和Τ8钢工具头8 ；
[0020]其中，所述钛铝合金熔体熔炼设备包括线圈9、刚玉管10、莫来石纤维层11、模壳
12、棒料层13、石墨租14和下固定杆15 ；
[0021]所述上送料传动装置2固定于罐体I的上中部，所述下固定杆15固定于罐体I的下中部，所述上送料传动装置2与下固定杆15的中心在一条直线上，所述真空泵16设置在罐体I的侧壁上，所述连接杆3 —端通过螺栓与上送料传动装置2相连接，所述连接杆3另一端与固定架6相连接，所述绝缘垫4位于固定架6的上盖的中心部位，与换能器5的接线柱接触，所述固定架6通过螺栓固定罩在换能器5上，所述铝合金变幅器7 —端与换能器5固定连接，所述变幅器7另一端与T8钢工具头8固定连接；
[0022]所述下固定杆15上固定有石墨毡14，所述石墨毡14上固定有刚玉管10，所述刚玉管10外部缠有线圈9，所述刚玉管10内部裹有模壳12，所述模壳12内部填充有棒料层13，所述模壳12和刚玉管10中间的空隙中填充有莫来石纤维层11。
[0023]工作原理:
[0024]本发明的优越性在于解决了钛铝合金中超声波引入问题及超声波设备在高温下与钛铝合金反应，污染钛铝合金熔体，损坏超声波设备的问题，使超声波设备可重复使用。
[0025]所述超声波发生器16产生频率为20KHz的振荡电信号，经过超声波输出电缆传导到换能器5，通过换能器5将电信号转变成机械振动带动固定架6、连接杆3和上送料传动装置2共同调节超声波振荡设备的工作位置；
[0026]所述机械振动的振幅约为7?9 μ m，振幅经过铝合金变幅杆7后将振幅放大到17.5 μ m?22.5 μ m,放大后由T8钢工具头8将超声波导出，超声波作用在熔融的棒料层13上面；其中变幅杆7采用的是铝合金，而工具头8考虑到它所处的环境更加苛刻，故选用T8钢制造，所述换能器5是压电陶瓷型；
[0027]将刚玉管10、莫来石纤维11、模壳12、棒料层13即钛铝合金熔体熔炼设备放到线圈9代表的电磁冷坩埚中，本发明的优越性在于连接杆3、绝缘垫4、换能器5、固定架6、铝合金变幅杆7、T8钢工具头8组成了整套的超声波发生装置的超声波振荡设备工作部分，解决钛铝合金中超声波引入问题；线圈9、刚玉管10、莫来石纤维层11、模壳12、棒料层13组成的熔炼部分的中心基本在一条直线上，这样能够使感应加热效率达到最高；其中莫来石纤维的优点在于具有良好保温功能；模壳成分为氧化钇，为高温下不与钛铝合金发生反应，解决污染钛铝合金熔体，损坏超声波设备的问题，使超声波设备可重复使用。
[0028]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述超声波发生器16产生频率为20ΚΗζ的振荡电信号，经过超声波输出电缆传导到换能器5，通过换能器5将电信号转变成机械振动带动固定架6、连接杆3和上送料传动装置2共同调节超声波振荡设备的工作位置。
[0029]所述机械振动的振幅约为7?9 μ m，振幅经过铝合金变幅杆7后将振幅放大到17.5 μ m?22.5 μ m,放大后由T8钢工具头8将超声波导出，超声波作用在熔融的棒料层13上面，其中变幅杆7采用的是铝合金，而工具头8考虑到它所处的环境更加苛刻，故选用T8钢制造，所述换能器5是压电陶瓷型；
[0030]其它步骤及参数与【具体实施方式】一相同。
[0031]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:所述上送料传动装置2的可调控运动速率范围为O?20mm/min。
[0032]其它步骤及参数与【具体实施方式】一或二相同。
[0033]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:所述模壳12材质的选择为高温下不与钛铝合金发生反应的氧化钇模壳，模壳12的大小可根据炉膛、物料和线圈9所围成环状内径尺寸确定。
[0034]其它步骤及参数与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0035]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:所述线圈9是采用电导率较高，导热系数较高的圆形紫铜管在钢模上绕制而成，在铜管外面涂覆环氧树脂和固化剂，并用石棉带缠绕，在功率加载过程中同时在线圈9内通循环水进行冷却，线圈9直径Φ为45mm,线圈9阻数为8。
[0036]其它步骤及参数与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0037]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是:所述莫来石纤维层11为具有良好保温功能的莫来石，模壳12底部使用莫来石纤维面贴，并压紧。
[0038]其它步骤及参数与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0039]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是:所述模壳12放置在线圈9中心位置。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至六之一相同。
【权利要求】
1.一种无污染高效细化钛铝合金装置，其特征在于它包括以下部分: 罐体(I)、真空泵(17)、超声波发生器(16)、超声波振荡设备与钛铝合金熔体熔炼设备; 其中，所述超声波振荡设备包括上送料传动装置(2)、连接杆(3)、绝缘垫(4)、换能器(5)、固定架(6)、铝合金变幅杆(7)和T8钢工具头⑶； 其中，所述钛铝合金熔体熔炼设备包括线圈(9)、刚玉管(10)、莫来石纤维层(11)、模壳(12)、棒料层(13)、石墨租(14)和下固定杆(15)； 所述上送料传动装置(2)固定于罐体(I)的上中部，所述下固定杆(15)固定于罐体(I)的下中部，所述上送料传动装置(2)与下固定杆(15)的中心在一条直线上，所述真空泵(16)设置在罐体(I)的侧壁上，所述连接杆(3) —端通过螺栓与上送料传动装置(2)相连接，所述连接杆(3)另一端与固定架(6)相连接，所述绝缘垫(4)位于固定架￠)的上盖的中心部位，与换能器(5)的接线柱接触，所述固定架(6)通过螺栓固定罩在换能器(5)上，所述铝合金变幅器(7) —端与换能器(5)固定连接，所述变幅器(7)另一端与T8钢工具头(8)固定连接； 所述下固定杆(15)上固定有石墨租(14),所述石墨租(14)上固定有刚玉管(10),所述刚玉管(10)外部缠有线圈(9)，所述刚玉管(10)内部裹有模壳(12)，所述模壳(12)内部填充有棒料层(13)，所述模壳(12)和刚玉管(10)中间的空隙中填充有莫来石纤维层(II)。
2.根据权利要求1所述的一种无污染高效细化钛铝合金装置，其特征在于所述超声波发生器(16)产生频率为20KHz的振荡电信号，经过超声波输出电缆传导到换能器(5)，通过换能器(5)将电信号转变成机械振动带动固定架￠)、连接杆(3)和上送料传动装置(2)共同调节超声波振荡设备的工作位置。
3.根据权利要求2所述的一种无污染高效细化钛铝合金装置，其特征在于所述上送料传动装置(2)的可调控运动速率范围为O?20mm/min。
4.根据权利要求3所述的一种无污染高效细化钛铝合金装置，其特征在于所述模壳(12)材质的选择为高温下不与钛铝合金发生反应的氧化钇模壳，模壳(12)的大小可根据炉膛、物料和线圈(9)所围成环状内径尺寸确定。
5.根据权利要求4所述的一种无污染高效细化钛铝合金装置，其特征在于所述线圈(9)是采用电导率较高，导热系数较高的圆形紫铜管在钢模上绕制而成，在铜管外面涂覆环氧树脂和固化剂，并用石棉带缠绕，在功率加载过程中同时在线圈(9)内通循环水进行冷却，线圈(9)直径Φ为45mm,线圈(9)阻数为8。
6.根据权利要求5所述的一种无污染高效细化钛铝合金装置，其特征在于所述莫来石纤维层(11)为具有良好保温功能的莫来石，模壳(12)底部使用莫来石纤维面贴，并压紧。
7.根据权利要求6所述的一种无污染高效细化钛铝合金装置，其特征在于所述模壳(12)放置在线圈(9)中心位置。
【文档编号】B22D27/08GK104190906SQ201410508716
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】陈瑞润, 沈斌华, 李新中, 方虹泽, 丁宏升, 苏彦庆, 郭景杰, 傅恒志 申请人:哈尔滨工业大学