直流電流作用下的Ti-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法
【專利摘要】直流電流作用下的Ti-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法，涉及一種Ti-Al基合金定向凝固設(shè)備及凝固方法。本發(fā)明解決了無法在定向凝固過程中外加電流引入的問題，以及無法確定引入電壓大小的問題。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：正極鉬絲與Ti-Al基合金定向凝固試樣的上端及穩(wěn)壓直流電源連接，絕緣玻璃纖維布與正極鉬絲連接，負(fù)極鉬絲與Ti-Al基合金定向凝固試樣下端及穩(wěn)壓直流電源連接。實(shí)驗(yàn)方法：關(guān)閉爐門，開啟真空泵，抽真空通入氬氣后關(guān)閉機(jī)械真空泵；啟動(dòng)抽水泵，開啟感應(yīng)加熱電源，分級(jí)加載功率，再保溫；啟動(dòng)穩(wěn)壓直流電源，設(shè)定輸出電壓及下抽拉桿的速率；當(dāng)抽拉長度至35mm時(shí)，停止加熱，關(guān)閉穩(wěn)壓直流電源，爐內(nèi)溫度達(dá)到室溫，取出試樣。本發(fā)明用于Ti-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)中。
【專利說明】直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種T1-Al基合金定向凝固設(shè)備及凝固方法，具體涉及一種直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目如，在材料加工技術(shù)中鑄造技術(shù)以其適用范圍廣、制造精度聞以及成本低廉等許多優(yōu)點(diǎn)仍然占有極其重要的地位，雖然人們通過各種技術(shù)手段使鑄件的性能得到了極大的提升，但是依然無法滿足裝備制造業(yè)對(duì)材料的要求，尤其是在航空航天領(lǐng)域表現(xiàn)的非常突出。為了提高航空航天器的效率，近年來人們發(fā)展了多種新型的材料和新型的鑄造加工技術(shù)。鎳基合金的成功研制，就極大地推進(jìn)了燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用，但是隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前端溫度以及推重比不斷上升，已經(jīng)使得鈦基高溫合金與鎳基合金這兩種傳統(tǒng)的高溫結(jié)構(gòu)材料的使用性能提高達(dá)到了極限，因此必須繼續(xù)研究更先進(jìn)的新型材料和鑄造工藝才能滿足未來燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)要求條件。
[0003]近年來凝固技術(shù)不斷發(fā)展變化，產(chǎn)生了很多新型的凝固過程控制方法，這些新型的方法中外場(chǎng)作用對(duì)金屬凝固組織的影響十分明顯，在機(jī)制研究以及應(yīng)用方面已經(jīng)獲得了長足的進(jìn)步。另一方面現(xiàn)代社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)十分重視，利用外場(chǎng)作用下的凝固技術(shù)，不僅可以減少對(duì)環(huán)境污染，而且還可以避免對(duì)合金熔體的污染，這對(duì)材料加工工藝的長遠(yuǎn)發(fā)展十分重要。
[0004]改善T1-Al基合金性能的有效途徑=T1-Al基合金具有金屬間化合物普遍存在的一個(gè)弊端，就是其塑性在室溫條件下很低，這為T1-Al基合金的大規(guī)模應(yīng)用造成了阻礙，同時(shí)這也是科研工作者努力解決的一個(gè)瓶頸問題。大量研究結(jié)果表明T1-Al基合金的力學(xué)性能與其顯微組織和合金成分有著緊密的聯(lián)系。
[0005]通過添加固溶元素或者沉淀強(qiáng)化、控制晶粒大小和組織形態(tài)等方法可以有效改善T1-Al基合金的高溫抗氧化性以及力學(xué)性能。添加合金元素或者Al元素的含量可以改變影響T1-Al基合金的晶格參數(shù)，有利于提高合金的塑性。單胞體積減小可以使T1-Al原子之間的相互作用力加強(qiáng)，這可以減弱共價(jià)鍵性，從而使合金的塑性升高。
[0006]通過控制T1-Al基合金定向凝固組織中的片層取向以提高T1-Al基合金的性能是T1-Al基合金定向凝固研究的主要方向之一。Y-T1-Al合金的片層取向?qū)ζ淞W(xué)性能的影響非常顯著。可以發(fā)現(xiàn)其力學(xué)性能隨片層取向與受力方向的夾角的變化而不斷變化，當(dāng)夾角為0°時(shí)合金具有最佳的塑性和強(qiáng)度的匹配，這種狀態(tài)時(shí)材料的綜合性能也最佳，當(dāng)夾角為90°時(shí)合金的強(qiáng)度最高，但是塑性最低，這種情況是最應(yīng)該避免的。
[0007]電流對(duì)改善T1-Al基合金組織性能的作用:利用電流改善T1-Al基合金定向凝固組織開辟了改善T1-Al基合金組織和性能的一種新的途徑，雖然已經(jīng)有學(xué)者發(fā)明了電流作用下的定向凝固實(shí)驗(yàn)方法，但都是用來研究化學(xué)活性低且熔點(diǎn)低的合金，而對(duì)于活性高的高熔點(diǎn)合金還沒有涉及。因?yàn)門1-Al基合金的化學(xué)活性比較活潑所以其對(duì)設(shè)備的要求也較高，所以實(shí)驗(yàn)中存在一些技術(shù)難點(diǎn)，例如:感應(yīng)石墨套加熱試樣時(shí)試樣上的磁場(chǎng)會(huì)與外加電流相互作用；不能實(shí)時(shí)觀察電流作用下T1-Al基合金定向凝固過程，不利于進(jìn)行電流對(duì)其影響機(jī)理的研究；T1-Al基合金的熔點(diǎn)高且高溫時(shí)非?；顫?，因此對(duì)模殼的要求很高。
[0008]但是，在以電磁冷坩堝定向凝固設(shè)備為平臺(tái)進(jìn)行直流電流作用下的T1-Al基定向凝固實(shí)驗(yàn)時(shí)，還存在一個(gè)技術(shù)問題:在定向凝固過程中外加電流引入的問題，以及無法確定引入電壓的大小的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提出一種直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法，來解決以電磁冷坩堝定向凝固設(shè)備為平臺(tái)進(jìn)行直流電流作用下的T1-Al基定向凝固實(shí)驗(yàn)時(shí)，無法在定向凝固過程中外加電流引入的問題，以及無法確定引入電壓大小的問題。
[0010]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
本發(fā)明所述直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括上送料桿、氣體進(jìn)出口、絕緣玻璃纖維布、感應(yīng)加熱線圈、石墨套、冷卻槽、冷卻液態(tài)金屬、下抽拉桿、定向凝固爐體、模殼、熱電偶、測(cè)溫儀、真空泵、氬氣注氣泵、三通閥門、石墨氈、循環(huán)水管和水泵，所述定向凝固爐體的上部側(cè)壁上插裝有氣體進(jìn)出口，氣體進(jìn)出口的外端通過三通閥門與真空泵和氬氣注氣泵連通，所述爐體的頂壁上插裝有上送料桿，上送料桿的下端連接有絕緣玻璃纖維布，所述冷卻槽安裝在定向凝固爐體的底板上，冷卻槽內(nèi)注有冷卻液態(tài)金屬，下抽拉桿的上端穿過定向凝固爐體的底部置于定向凝固爐體內(nèi)部，所述石墨氈設(shè)置在定向凝固爐體內(nèi)，所述石墨氈開有中心孔，模殼的下端穿過中心孔與下抽拉桿連接，T1-Al基合金定向凝固試樣設(shè)置在模殼內(nèi)，石墨套和感應(yīng)加熱線圈由內(nèi)到外依次套在模殼上，熱電偶的一端與T1-Al基合金定向凝固試樣接觸，熱電偶的另一端穿出定向凝固爐體的側(cè)壁與測(cè)溫儀連接；循環(huán)水管和水泵連通；
所述直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備還包括正極鑰絲、穩(wěn)壓直流電源和負(fù)極鑰絲，所述正極鑰絲的一端與T1-Al基合金定向凝固試樣的上端連接，絕緣玻璃纖維布與正極鑰絲連接，正極鑰絲的另一端穿出定向凝固爐體的側(cè)壁與穩(wěn)壓直流電源連接，負(fù)極鑰絲的一端穿過模殼與T1-Al基合金定向凝固試樣下端連接,負(fù)極鑰絲的另一端穿出定向凝固爐體的側(cè)壁與穩(wěn)壓直流電源連接。
[0011]優(yōu)選的:所述正極鑰絲和負(fù)極鑰絲的直徑為1mm。實(shí)驗(yàn)中是采用耐高溫的直徑為Imm的鑰絲引入的。另外通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證單匝正極鑰絲和負(fù)極鑰絲最大可以引入15A的直流電流，可以通過增加正極鑰絲和負(fù)極鑰絲的匝數(shù)增加引入電流的最大值。
[0012]優(yōu)選的:所述模殼為氧化釔模殼。
[0013]優(yōu)選的:所述真空泵為機(jī)械真空泵。
[0014]優(yōu)選的:所述冷卻槽為鎵銦冷卻槽。
[0015]優(yōu)選的:所述冷卻液態(tài)金屬為鎵銦冷卻液。
[0016]優(yōu)選的:所述T1-Al基合金定向凝固試樣為T1-48Al-2Cr_2Nb合金定向凝固試樣，其合金母錠是采用自耗電弧熔煉爐進(jìn)行熔煉得到的，經(jīng)熔煉澆鑄后制成直徑為150_的鑄錠，再利用線切割技術(shù)從合金母錠上切取直徑為14.5mm的料棒。[0017]本發(fā)明基于上述方案一中所述的直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)方法，具體步驟為:
步驟一:在定向凝固爐中裝入T1-Al基合金定向凝固試樣，關(guān)閉定向凝固爐爐門，開啟真空泵，排出定向凝固爐內(nèi)的空氣至定向凝固爐內(nèi)壓力在5Pa以下，然后通入氬氣至定向凝固爐內(nèi)壓力為300Pa，再次抽真空，如此重復(fù)兩次，最后通入氬氣至定向凝固爐內(nèi)壓力為300Pa，關(guān)閉機(jī)械真空泵；
步驟二:開通冷卻循環(huán)水管，啟動(dòng)抽水泵，開啟感應(yīng)加熱電源，分級(jí)加載功率，當(dāng)測(cè)溫儀顯示溫度為1600°C時(shí)，停止繼續(xù)增加功率，然后保溫5min ；
步驟三:啟動(dòng)穩(wěn)壓直流電源，設(shè)定輸出電壓為5V至15V，設(shè)定下抽拉桿的速率為0.6mm/min至lmm/min,上送料桿的速率與下抽拉桿的速率保持相同；
當(dāng)抽拉長度到達(dá)35_時(shí)，停止加熱，關(guān)閉感應(yīng)加熱電源，停止抽拉，然后關(guān)閉穩(wěn)壓直流電源，抽水泵繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到測(cè)溫儀顯示溫度為22攝氏度至25攝氏度之間，再關(guān)閉抽水泵，打開爐門，取出T1-Al基合金定向凝固試樣。
[0018]優(yōu)選的:所述分級(jí)加載功率具體為:加載的初始電壓為50V,然后每隔2min升聞10V，直到加載的電壓達(dá)到100V，最后結(jié)合熱電偶顯示的溫度調(diào)節(jié)電壓值，使得溫度穩(wěn)定在1600。。。
[0019]優(yōu)選的:所述T1-Al基合金定向凝固試樣為T1-48Al-2Cr_2Nb合金定向凝固試樣，其合金母錠是采用自耗電弧熔煉爐進(jìn)行熔煉得到的，經(jīng)熔煉澆鑄后制成直徑為150_的鑄錠，再利用線切割技術(shù)從合金母錠上切取直徑為14.5mm的料棒。
[0020]優(yōu)選的:所述下抽拉桿的速率為0.6mm/min或lmm/min。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果:本發(fā)明解決了無法在定向凝固過程中外加電流引入的問題，以及無法確定引入電壓大小的問題，為T1-Al基合金在實(shí)際使用中提供依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖；
圖2是用剛玉(Al2O3)模殼制備的T1-Al基合金的定向凝固試樣圖；
圖3是用氧化釔(Y2O3)模殼制備的T1-Al基合金的定向凝固試樣圖；
圖4是抽拉速率為1.0mm/min時(shí)T1-48Al_2Cr_2Nb合金定向凝固組織穩(wěn)定生長區(qū)組織形貌；
圖5是抽拉速率為0.6mm/min時(shí)T1-48Al_2Cr_2Nb合金定向凝固組織穩(wěn)定生長區(qū)組織形貌；
圖中:1-上送料桿，2-氣體進(jìn)出口，3-絕緣玻璃纖維布，4-感應(yīng)加熱線圈，5-石墨套，6-冷卻槽，7-冷卻液態(tài)金屬，8-下抽拉桿，9-正極鑰絲，10-穩(wěn)壓直流電源，11-負(fù)極鑰絲，12- T1-Al基合金定向凝固試樣，13-定向凝固爐體，14-模殼，15-熱電偶，16-測(cè)溫儀，17-真空泵，18-氬氣注氣泵，19-三通閥門，20-石墨氈，21-水泵，22-循環(huán)水管。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面根據(jù)附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式。[0024]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式:本實(shí)施方式的直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括上送料桿1、氣體進(jìn)出口 2、絕緣玻璃纖維布3、感應(yīng)加熱線圈4、石墨套5、冷卻槽6、冷卻液態(tài)金屬7、下抽拉桿8、定向凝固爐體13、模殼14、熱電偶15、測(cè)溫儀16、真空泵17、氬氣注氣泵18、三通閥門19、石墨氈20、循環(huán)水管22和水泵21 ；所述定向凝固爐體13的上部側(cè)壁上插裝有氣體進(jìn)出口 2，氣體進(jìn)出口 2的外端通過三通閥門19與真空泵17和氬氣注氣泵18連通，所述爐體13的頂壁上插裝有上送料桿1，上送料桿I的下端連接有絕緣玻璃纖維布3，所述冷卻槽6安裝在定向凝固爐體13的底板上，冷卻槽6內(nèi)注有冷卻液態(tài)金屬7，下抽拉桿8的上端穿過定向凝固爐體13的底部置于定向凝固爐體13內(nèi)部，所述石墨氈20設(shè)置在定向凝固爐體13內(nèi)，所述石墨氈20開有中心孔，模殼14的下端穿過中心孔與下抽拉桿8連接，T1-Al基合金定向凝固試樣12設(shè)置在模殼14內(nèi)，石墨套5和感應(yīng)加熱線圈4由內(nèi)到外依次套在模殼14上，熱電偶15的一端與T1-Al基合金定向凝固試樣12接觸，熱電偶15的另一端穿出定向凝固爐體13的側(cè)壁與測(cè)溫儀16連接；循環(huán)水管22和水泵21連通；
所述直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備還包括正極鑰絲9、穩(wěn)壓直流電源10和負(fù)極鑰絲11，所述正極鑰絲9的一端與T1-Al基合金定向凝固試樣12的上端連接，絕緣玻璃纖維布3與正極鑰絲9連接，正極鑰絲9的另一端穿出定向凝固爐體13的側(cè)壁與穩(wěn)壓直流電源10連接，負(fù)極鑰絲11的一端穿過模殼14與T1-Al基合金定向凝固試樣12下端連接，負(fù)極鑰絲11的另一端穿出定向凝固爐體13的側(cè)壁與穩(wěn)壓直流電源10連接。
[0025]進(jìn)一步:所述正極鑰絲9和負(fù)極鑰絲11的直徑為1mm。實(shí)驗(yàn)中是采用耐高溫的直徑為Imm的鑰絲引入的。另外通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證單匝正極鑰絲9和負(fù)極鑰絲11最大可以引入15A的直流電流，可以通過增加正極鑰絲9和負(fù)極鑰絲11的匝數(shù)增加引入電流的最大值。
[0026]進(jìn)一步:所述模殼14為氧化釔模殼。在電流作用下的TiAl基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)之前，需要在首先獲得無電流作用下的TiAl基合金定向試樣，因?yàn)門iAl基合金熔體的化學(xué)活性非常高，所以在高溫的條件下可以與目前使用的所有模殼材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成合金表面與內(nèi)部受到污染。為獲得TiAl基合金的定向凝固組織在本實(shí)驗(yàn)的條件下分別對(duì)剛玉(Al2O3)模殼以及氧化釔(Y2O3)模殼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到如圖2和圖3所示的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)用剛玉模殼制備的T1-Al基合金的定向凝固試樣的中部形成較大氣孔，并且貫穿整個(gè)試樣，而用氧化釔模殼制備的試樣沒有氣孔。氣孔的出現(xiàn)不僅不利于定向凝固的進(jìn)行，而且會(huì)使電流作用下的TiAl基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)過程中形成斷路，致使外加電流加載失敗，從而造成實(shí)驗(yàn)失敗，因此以剛玉模殼進(jìn)行電流作用下的TiAl基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)是不可行的。氧化釔模殼制備試樣沒有形成氣孔，是因?yàn)檠趸惥哂懈叩臒崃W(xué)穩(wěn)定性，所以使用氧化釔模殼可以保障TiAl基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。
[0027]進(jìn)一步:所述真空泵17為機(jī)械真空泵。
[0028]進(jìn)一步:所述冷卻槽6為鎵銦冷卻槽。
[0029]進(jìn)一步:所述冷卻液態(tài)金屬7為鎵銦冷卻液。
[0030]進(jìn)一步:所述T1-Al基合金定向凝固試樣為T1-48Al-2Cr_2Nb合金定向凝固試樣，其合金母錠是采用自耗電弧熔煉爐進(jìn)行熔煉得到的，經(jīng)熔煉澆鑄后制成直徑為150_的鑄錠，再利用線切割技術(shù)從合金母錠上切取直徑為14.5mm的料棒。
[0031]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖1至圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)方法是基于【具體實(shí)施方式】一中的實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的，具體步驟為:
步驟一:在定向凝固爐中裝入T1-Al基合金定向凝固試樣，關(guān)閉定向凝固爐爐門，開啟真空泵，排出定向凝固爐內(nèi)的空氣至定向凝固爐內(nèi)壓力在5Pa以下，然后通入氬氣至定向凝固爐內(nèi)壓力為300Pa，再次抽真空，如此重復(fù)兩次，以確保爐體內(nèi)部空氣被排盡，最后通入氬氣至定向凝固爐內(nèi)壓力為300Pa，關(guān)閉機(jī)械真空泵；
步驟二:開通冷卻循環(huán)水管，啟動(dòng)抽水泵，開啟感應(yīng)加熱電源，分級(jí)加載功率，當(dāng)測(cè)溫儀顯示溫度為1600°C時(shí)，停止繼續(xù)增加功率，然后保溫5min ；
步驟三:啟動(dòng)穩(wěn)壓直流電源，設(shè)定輸出電壓為5V至15V，設(shè)定下抽拉桿的速率為0.6mm/min至lmm/min,上送料桿的速率與下抽拉桿的速率保持相同；
當(dāng)抽拉長度到達(dá)35_時(shí)，停止加熱，關(guān)閉感應(yīng)加熱電源，停止抽拉，然后關(guān)閉穩(wěn)壓直流電源，抽水泵繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到測(cè)溫儀顯示溫度為22攝氏度至25攝氏度之間，再關(guān)閉抽水泵，打開爐門，取出T1-Al基合金定向凝固試樣。
[0032]進(jìn)一步:所述分級(jí)加載功率具體為:加載的初始電壓為50V,然后每隔2min升聞10V，直到加載的電壓達(dá)到100V，最后結(jié)合熱電偶顯示的溫度調(diào)節(jié)電壓值，使得溫度穩(wěn)定在1600。。。
[0033]進(jìn)一步:所述T1-Al基合金定向凝固試樣為T1-48Al-2Cr_2Nb合金定向凝固試樣，其合金母錠是采用自耗電弧熔煉爐進(jìn)行熔煉得到的，經(jīng)熔煉澆鑄后制成直徑為150_的鑄錠，再利用線切割技術(shù)從合金母錠上切取直徑為14.5mm的料棒。
[0034]進(jìn)一步:所述下抽拉桿的速率為0.6mm/min或lmm/min。
[0035]在加熱溫度為1600 °C的條件下，首先以1.0mm/min的抽拉速率進(jìn)行T1-48Al-2Cr-2Nb合金的定向凝固實(shí)驗(yàn)時(shí)未獲得定向凝固組織柱狀晶，如圖4所示。根據(jù)金屬凝固原理可知，獲得定向凝固組織必須抑制固液界面前端的成分過冷，鑒于隨加熱溫度的升高，T1-Al基合金與模殼反應(yīng)就越劇烈，所以采用在相同溫度梯度的情況下減慢抽拉速率(即生長速率)的方式來促進(jìn)柱狀晶組織的形成。當(dāng)抽拉速率降到0.6mm/min時(shí)，獲得如圖5所示的柱狀晶組織。
[0036]本實(shí)施方式只是對(duì)本專利的示例性說明，并不限定它的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以對(duì)其局部進(jìn)行改變，只要沒有超出本專利的精神實(shí)質(zhì)，都在本專利的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它包括上送料桿(1)、氣體進(jìn)出口(2)、絕緣玻璃纖維布(3)、感應(yīng)加熱線圈(4)、石墨套(5)、冷卻槽(6)、冷卻液態(tài)金屬(7)、下抽拉桿(8)、定向凝固爐體(13)、模殼(14)、熱電偶(15)、測(cè)溫儀(16)、真空泵(17)、氬氣注氣泵(18)、三通閥門(19)、石墨氈(20)、循環(huán)水管(22)和水泵(21);所述定向凝固爐體(13)的上部側(cè)壁上插裝有氣體進(jìn)出口(2)，氣體進(jìn)出口(2)的外端通過三通閥門(19)與真空泵(17)和氬氣注氣泵(18)連通，所述爐體(13)的頂壁上插裝有上送料桿(1 )，上送料桿(1)的下端連接有絕緣玻璃纖維布(3)，所述冷卻槽(6)安裝在定向凝固爐體(13)的底板上，冷卻槽(6)內(nèi)注有冷卻液態(tài)金屬(7)，下抽拉桿(8)的上端穿過定向凝固爐體(13)的底部置于定向凝固爐體(13)內(nèi)部，所述石墨氈(20)設(shè)置在定向凝固爐體(13)內(nèi)，所述石墨氈(20)開有中心孔，模殼(14)的下端穿過中心孔與下抽拉桿(8)連接，T1-Al基合金定向凝固試樣(12)設(shè)置在模殼(14)內(nèi)，石墨套(5)和感應(yīng)加熱線圈(4)由內(nèi)到外依次套在模殼(14)上，熱電偶(15)的一端與T1-Al基合金定向凝固試樣(12)接觸，熱電偶(15)的另一端穿出定向凝固爐體(13)的側(cè)壁與測(cè)溫儀(16)連接；循環(huán)水管(22)和水泵(21)連通； 其特征在于:所述直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備還包括正極鑰絲(9)、穩(wěn)壓直流電源(10)和負(fù)極鑰絲(11)，所述正極鑰絲(9)的一端與T1-Al基合金定向凝固試樣(12)的上端連接，絕緣玻璃纖維布(3)與正極鑰絲(9)連接，正極鑰絲(9)的另一端穿出定向凝固爐體(13)的側(cè)壁與穩(wěn)壓直流電源(10)連接，負(fù)極鑰絲(11)的一端穿過模殼(14)與T1-Al基合金定向凝固試樣(12)下端連接，負(fù)極鑰絲(11)的另一端穿出定向凝固爐體(13)的側(cè)壁與穩(wěn)壓直流電源(10)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:所述正極鑰絲(9)和負(fù)極鑰絲(11)的直徑為1mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:所述模殼(14)為氧化釔模殼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:所述真空泵(17)為機(jī)械真空泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:所述冷卻槽(6)為鎵銦冷卻槽；所述冷卻液態(tài)金屬(7)為鎵銦冷卻液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:所述T1-Al基合金定向凝固試樣為T1-48Al-2Cr_2Nb合金定向凝固試樣。
7.直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:具體步驟為: 步驟一:在定向凝固爐中裝入T1-Al基合金定向凝固試樣，關(guān)閉定向凝固爐爐門，開啟真空泵，排出定向凝固爐內(nèi)的空氣至定向凝固爐內(nèi)壓力在5Pa以下，然后通入氬氣至定向凝固爐內(nèi)壓力為300Pa，再次抽真空，如此重復(fù)兩次，最后通入氬氣至定向凝固爐內(nèi)壓力為300Pa，關(guān)閉機(jī)械真空泵； 步驟二:開通冷卻循環(huán)水管，啟動(dòng)抽水泵，開啟感應(yīng)加熱電源，分級(jí)加載功率，當(dāng)測(cè)溫儀顯示溫度為1600°C時(shí)，停止繼續(xù)增加功率，然后保溫5min ； 步驟三:啟動(dòng)穩(wěn)壓直流電源，設(shè)定輸出電壓為5V至15V，設(shè)定下抽拉桿的速率為0.6mm/min至lmm/min,上送料桿的速率與下抽拉桿的速率保持相同； 當(dāng)抽拉長度到達(dá)35_時(shí)，停止加熱，關(guān)閉感應(yīng)加熱電源，停止抽拉，然后關(guān)閉穩(wěn)壓直流電源，抽水泵繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到測(cè)溫儀顯示溫度為22攝氏度至25攝氏度之間，再關(guān)閉抽水泵，打開爐門，取出T1-Al基合金定向凝固試樣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:分級(jí)加載功率具體為:加載的初始電壓為50V，然后每隔2min升高10V，直到加載的電壓達(dá)到100V，最后結(jié)合熱電偶顯示的溫度調(diào)節(jié)電壓值，使得溫度穩(wěn)定在1600°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:所述T1-Al基合金定向凝固試樣為T1-48Al-2Cr-2Nb合金定向凝固試樣，其合金母錠是采用自耗電弧熔煉爐進(jìn)行熔煉得到的，經(jīng)熔煉澆鑄后制成直徑為150_的鑄錠，再利用線切割技術(shù)從合金母錠上切取直徑為14.5mm的料棒。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的直流電流作用下的T1-Al基合金定向凝固實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:所述下抽拉桿.的速率為0.6mm/min或lmm/min。
【文檔編號(hào)】G01N25/02GK103472085SQ201310449586
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】丁宏升, 陳占興, 孫宏喆, 王永喆, 王國田 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)