[发明专利]真空反重力铸造钛及钛合金用复合坩埚

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空反重力成形用复合坩埚。

背景技术

真空反重力铸造具有充型平稳、复杂铸件成形性好、铸件内部质量好的优点，目前广泛应用于铝合金、镁合金以及铜合金复杂铸件生产。几年来随着钛合金铸件复杂性、可靠性以及规模性的要求越来越高，对于真空反重力铸造生产钛合金件的需求急剧上升。但由于钛及钛合金的熔点高，并且熔融状态下化学活性非常高，几乎可以与目前现有的工程材料均发生反应，因此其熔炼难度特别大。目前工业应用的钛及钛合金熔炼方式主要是真空自耗电极凝壳熔炼和真空非自耗电极冷坩埚熔炼方式(包括强制水冷铜坩埚熔炼和非水冷氧化物、氮化物坩埚熔炼)。对于真空自耗电极凝壳熔炼，由于电极的引入位置与真空反重力成形过程升液管位置冲突，因此在实际钛及钛合金真空反重力成形中极少应用。冷坩埚熔炼钛及钛合金熔体冷却很快，坩埚内钛及钛合金熔体温差巨大，顶部温度较低，表面合金层熔体过热度只有几十度至一百度左右，表面熔体较低的过热度经常导致升液管进入熔体后，合金液冻在升液管内，进而导致无法完成整个反重力成形工艺过程，严重的还会导致设备损坏，目前现有的熔炼钛及钛合金使用的坩埚无法满足真空反重力铸造生产的工艺要求。

因此，制造适合真空反重力铸造生产钛及钛合金用的坩埚具有重大的实际应用价值，特别是在现有科技水平和坩埚制备技术条件下，有必要开发新的坩埚使其能改变表面合金层熔体过热度低的现状，推进真空反重力铸造钛及钛合金成形技术的大规模应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空反重力铸造钛及钛合金用复合坩埚，为解决真空反重力铸造钛及钛合金时使用的复合坩埚易出现表面开裂、脱落及埚内合金熔体表面层过热度低问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述坩埚包括保温圈、内衬和至少一个背层，内衬的外部设有至少一个背层，保温圈设置在内衬的上方，背层由氧化钙、氧化锆或氧化钙和氧化锆的混合物构成，内衬由氧化钇、氧化锆和氧化钙构成，所述坩埚内衬由内至外氧化钇的质量百分比由100％依次减少至20％，氧化锆和氧化钙的质量百分比由0％依次增加至80％。

本发明具有以下有益效果：1、坩埚顶部设置保温圈，保温圈内表面为光滑曲面结构，可有效反射熔体中辐射热量，加之熔化过程保温圈本身可以作为加热体使坩埚顶部保持较高温度，最终可有效增加坩埚内钛及钛合金熔体表面层的过热度，彻底满足真空反重力铸造钛及钛合金成形过程的需要；

2、坩埚内可形成较深的熔池，坩埚上下温度均匀性好，便于合金元素扩散，熔炼真空反重力成形后合金成分均匀，性能稳定；

3、内衬最内层为氧化钇，与钛及钛合金的化学稳定性好，所需设备简单，产品质量稳定性好，适合大批量生产。

4、内衬由内向外由氧化钇、氧化锆和氧化钙组成梯度结构，热应力通过梯度分布缓解了材料热胀系数不匹配的问题，烧结后坩埚内表面抗裂性好，坩埚使用寿命长。

5、背层中加入了氧化锆纤维网增强层作为增强体，属同源增强，无热效应，比传统的金属网增强效果更好，减小了烧结过程产生微裂纹的倾向，使坩埚壁的强度大幅增加整体力学性能，坩埚在真空反重力铸造成形过程中抗压能力大幅提高，成型工艺的安全性大幅提高。

附图说明

图1是本发明整体结构主视图，图2是保温圈结构示意图，图3是具体实施方式九的结构示意图，图4是具体实施方式十的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的坩埚包括保温圈1、内衬2和至少一个背层3，内衬2的外部设有至少一个背层3，保温圈1设置在内衬2的上方，背层3由氧化钙、氧化锆或氧化钙和氧化锆的混合物构成，内衬2由氧化钇、氧化锆和氧化钙构成，所述坩埚内衬由内至外氧化钇的质量百分比由100％依次减少至20％，氧化锆和氧化钙的质量百分比由0％依次增加至80％。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的内衬2的厚度为2-15mm，氧化钙、氧化锆或氧化钙和氧化锆的混合物的粒度为5-1000目，此结构的优点是由内向外由氧化钇、氧化锆和氧化钙组成梯度结构，热应力通过梯度分布缓解了材料热胀系数不匹配的问题，烧结后坩埚内表面抗裂性好，坩埚使用寿命长。其它实施方式与具体实施方式一相同。