[实用新型]带有热管冷却系统的高温合金定向凝固装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种带有热管冷却系统的高温合金定向凝固装置，属高温合金晶相凝固热处理技术领域。

背景技术

定向凝固是使用金属或合金由熔体中定向生长晶体的一种工艺方法，用于制备单晶、柱状晶和自生复合材料。定向凝固技术的出现是涡轮叶片发展过程中的一次重大变革。由于采用了定向凝固技术，很大程度上消除了与叶片主应力轴垂直的横向晶界，使高温合金的高温性能得到大幅度的提高。在凝固过程中，凝固速率和液-固界面前沿的温度梯度往往是影响试样组织的两个最重要因素。通过定向凝固获得组织和性能优异的高温合金材料，必须在定向生长过程中固液界面始终保持为平界面。如果固液界面前沿温度梯度较低，凝固参数只能在很小的范围内调节。难以深入研究大范围凝固参数对组织的影响及非共晶生长规律。获得高温度梯度的方法一般为熔体超温处理和降低冷却端的温度。熔体超温处理可在不改变合金化学成分的基础上改善合金的凝固组织以提高合金的高温力学性能。先进的定向凝固装置多采用双区加热器来提高凝固界面前沿附近区域熔体的温度，充分发挥过热度对温度梯度的贡献。冷却部分采用液态金属冷却法，该方法的工艺过程与快速冷却法基本相同，并且较为实用。当合金液浇入铸型后，按照预定的速度将铸型拉出炉体，浸入金属液(如锡、镓铟合金等)，金属液保持在一定温度范围内，并使其水平面保持在凝固的固液界面附近处，用液态金属冷却铸型，以此来进行导热，以控制晶粒长大。定向凝固设备中为了保持液态金属冷却液有着较低的温度，一般设有液态金属的水冷系统，在熔体过热温度一定的情况下，由于水冷所带走的热量有限，冷却速率不能得到提高，且不能始终保持对样品的激冷、形成更高的温度梯度，因此，在液态金属用量一定的情况下，高温合金材料性能的进一步提高也受到了限制。

热管是一种导热效果极好的超级导热元件，导热能力超过铜的数百倍甚至上千倍。它可以在微小的温差范围内反应，自动调节长度方向的温度分布，迅速地传输热量，常被认为是等温元件。若将热管技术应用于上述的冷却系统，无疑会对提高温度梯度起重要的作用。同样，在保持温度梯度一定的情况下，还可以降低液态金属的用量，具有较好的经济效益。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种带有热管冷却系统的、具有高温度梯度的高温合金定向凝固装置。

本实用新型一种带有热管冷却系统的高温合金定向凝固装置，包括有：带有待冷凝的合金试样的石英管、热管、冷却水套、液态金属冷却液、隔热挡板、结晶器、抽拉杆；其特征在于：装有待冷凝的合金试样的石英管放置于结晶器的中心位置；结晶器为环状柱体，其内盛放有液态金属冷却液，其顶部设置有中心开有管孔的隔热挡板；热管的一端通过结晶器侧壁开设的圆孔倾斜地插入其中；热管的插入端即为蒸发段；热管的另一端与冷却水套相连接，此端即为冷凝段；热管设有多组，每组6根热管在其投影平面上呈等距离对称星状布置，即相邻两热管间的中心夹角为60°；热管在沿结晶器柱高纵向设有4-6组同样的热管布置形式；在石英管底部底座处设有一个抽拉石英管做垂直移动的抽拉杆；在插入热管的结晶器侧壁的圆孔处设有防止漏液的耐高温密封圈。

所述的热管为重力热管或有芯热管，呈倾斜形式布置；所述热管的壳体材料为铜、铝或不锈钢；所选择的工作介质为甲醇。

所述的液态金属冷却液为镓铟锡低熔点液态合金。

所述的热管可优选的为有芯热管，该热管在其壳体的内壁设有吸液芯，通过该吸液芯，可使工作介质在冷凝段的液态物质藉毛细作用回流到蒸发段。

本实用新型装置的特点是利用热管冷却系统来冷却高温合金定向凝固装置中的液态金属冷却液，从而达到提高温度梯度的目的，本实用新型装置中的热管冷却比以往传统的水冷却，其冷却和凝固效果要更为优越。

本实用新型装置中的热管冷却系统能使液态金属冷却液的温度接近冷却水的温度，故可大大提高冷却效率，并且能节约液态金属的用量。

附图说明

图1为本实用新型带有热管冷却系统的高温合金定向凝固装置简单结构的示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为热管与结晶器连接处的结构示意图。

图4为有芯热管结构示意图。

具体实施方式

现将本实用新型的具体实施例叙述于后。

实施例

本实用新型带有热管冷却系统的高温合金或金属的定向凝固装置，与传统常用的定向凝固装置基本相同，其主要的差别是在冷却方式上采用了热管冷却系统，取代了单纯的水冷方式。