[发明专利]能够应对热应力并且适于熔炼高活性合金的耐火坩埚

说明书

技术领域

这里说明的实施例大体上涉及能够应对热应力的坩埚。更加具体地，这里的实施例大体上说明具有至少一个用于应对热应力的护环的耐火坩埚，此坩埚适合熔炼高活性钛合金，例如钛铝合金等。

发明背景

涡轮发动机设计师不断地寻找用于减少发动机重量并且获得更高的发动机运转温度的性能提高的新材料。钛合金，以及特别地，铝化钛(TiAl)基合金，具有有前途的例如室温塑性和韧性等的低温机械性能以及高中温强度和抗蠕变力的组合。由于这些原因，TiAl基合金具有取代目前用于制造大量涡轮发动机部件的镍基超合金的潜力。

真空感应熔炼是一个经常用于制造例如翼型件(airfoil)等涡轮发动机部件的方法，并且一般涉及在由非导电的耐火合金氧化物制成的坩埚中加热金属直到坩埚中的金属炉料熔炼为液态形式。当熔炼例如钛或钛合金等高活性金属时，典型地使用采用冷壁或石墨坩埚的真空感应熔炼。这是因为从陶瓷坩埚熔炼和铸造能够在坩埚上引入明显的热应力，其能够导致坩埚开裂。这种开裂能够减少坩埚的寿命并且在铸造的部件内引入夹杂物。

此外，由于在熔炼发生需要的温度合金中元素的反应性，当熔炼例如TiAl等高活性合金时可能出现困难。如前所述，尽管大多数真空感应熔炼系统使用耐火合金氧化物用于感应熔炉中的坩埚，例如TiAl等的合金具有如此高的反应性以至于它们能够侵蚀坩埚中存在的耐火合金并且污染钛合金。例如，典型地避开陶瓷坩埚因为高活性TiAl合金能够损坏坩埚并且钛合金既受到氧也受到来自氧化物的耐火合金污染。类似地，如果使用石墨坩埚，钛铝化物能够从坩埚溶解大量的碳进入钛合金，因此导致污染。这种污染导致钛合金机械性能的丧失。

另外，尽管冷坩埚熔炼能够提供用于前述的高活性合金加工的冶金优点，它也具有许多技术和经济局限性，包括低过热、由于凝壳(skull)的形成以及高功率要求的产量损失。此外，不希望有的热应力可在熔炼和铸造过程中在坩埚内积累，其能够损伤坩埚，导致开裂。更加具体地，坩埚不同的区域在熔炼和铸造过程中能够经受不同的热应力。

例如，由于感应耦合坩埚的外侧典型地比坩埚的内侧热得更快，并且在浇注后也比坩埚的内侧冷却得快。这个温度差异能够将最大应力点域从坩埚的内侧转移到坩埚壁，并且促使穿过那里开裂。如另一个例子，在熔炼过程中，典型地绕坩埚顶部没有很大的热应力，因为在这个区域没有熔融的材料。然而，在浇注过程中，熔融金属将接触到坩埚的顶部，因而增加在坩埚的这个区域存在的热应力。如前所述，这种热应力，以及热应力的变化，能够导致坩埚开裂，其能够缩短坩埚寿命并且负影响坩埚的性能。

因此，仍然存在对能够应对在铸造高活性钛合金的过程中产生的热应力的耐火坩埚的需求。

发明内容

这里的实施例一般涉及能够应对热应力并且适合用于熔炼高活性合金的耐火坩埚，其包括表面涂覆部分、背衬、以及至少一个绕坩埚的背衬的至少一部分而应用的护环(retaining ring)，护环包括从由导电材料、非导电材料、以及其组合组成的组中选择的成分。

这里的实施例一般也涉及能够应对热应力并且适合用于熔炼高活性合金的耐火坩埚，其包括表面涂覆部分、背衬、以及多个绕坩埚的背衬而应用的护环，每个护环具有包括从大约1mm到大约50mm的厚度以及从大约1mm到大约200mm的宽度的几何结构。

这里的实施例一般也涉及能够应对热应力并且适合用于熔炼高活性合金的耐火坩埚，其包括基底区、过渡区、下部区、上部区、以及浇注唇边区中的任何区域，以及多个应用于坩埚的至少两个区域以应对在坩埚不同区域存在的特定的热应力的护环。

这些和其他特征、方面以及优点从下列说明中对于那些本领域技术人员将变得明显可见。

附图说明

尽管说明书以权利要求结束其特别地指出并且清楚地要求本发明的权利，认为从下列与附图结合的说明将更好地理解这里阐述的实施例，其中相同的参考号标识相同的单元。

图1是根据这里的说明的坩埚的一个实施例的示意远视图；

图2是根据这里的说明的模型(form)的一个实施例的示意远视图；

图3是根据这里的说明的坩埚铸模(mold)的一个实施例的横截面示意图；

图4是图3的坩埚铸模的实施例的横截面的一部分的示意近视图；

图5是根据这里的说明的在去除结构并且应用表涂层后的坩埚铸模的一个实施例的横截面示意图；

图6是根据这里的说明的具有护环的坩埚的一个实施例的示意远视图；