超声处理改变Nb-Si合金韧性相形态的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于超声处理高温合金材料技术领域，涉及一种超声处理改变Nb

【技术实现步骤摘要】
超声处理改变Nb
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Si合金韧性相形态的装置及方法


[0001]本专利技术属于超声处理高温合金材料
，涉及一种超声处理改变Nb
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Si合金韧性相形态的装置及方法。

技术介绍

[0002]Nb
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Si合金具有高熔点、高熔密商、抗蠕变、抗氧化等优点，在航空、航天领域具有较大的应用前景，可作为新一代航空发动机叶片的替代材料之一。与镍基高温合金相比，Nb
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Si基合金的高熔点及适中的密度可满足更高的涡轮使用温度要求，有利于发动机推重比的提高。但目前其断裂韧性较低，无法满足工业加工需求，限制Nb
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Si基合金在航空航天领域的发展。
[0003]现有的Nb
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Si基合金具有韧脆两相，韧性相的形态及比例严重影响Nb
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Si基合金的断裂韧性，目前电弧熔炼等制备Nb
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Si基合金的方法获得的铸锭组织粗大，韧性相呈长条状，韧脆两相协同变形能利差，对断裂韧性不利。

技术实现思路

[0004]专利技术目的
[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服电弧熔炼中铸锭组织粗大，韧性相形貌不利于韧脆两相协同变形且断裂韧性低的问题，提供一种超声处理改变Nb
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Si合金韧性相形态的装置及方法，进而改变Nb
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Si合金韧性相形态，提高断裂韧性，获得近球形的韧性相Nb
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Si铸锭。
[0006]技术方案
[0007]一种超声处理改变Nb
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Si合金韧性相形态的装置，包括电弧控制器、电弧枪控制杆、熔炼炉、坩埚、电弧枪、非接触式超声震动设备、抽真空机构和保护气加压机构，所述电弧控制器设置在熔炼炉上方，且所述电弧控制器通过电源连接线与控制柜连接；所述电弧枪控制杆的顶端与电弧控制器相连接，所述电弧枪控制杆的底端伸入熔炼炉内；
[0008]所述电弧枪的一端与电弧枪控制杆的底端相连接，所述电弧枪的另一端穿过导入通道，且电弧枪的钨极位于坩埚的上方；所述抽真空机构与熔炼炉相连通；所述非接触式超声震动设备包括超声波发生器、超声发生杆和超声探头，所述超声波发生器设置在熔炼炉的下方，所述超声发生杆的底端设置在超声波发生器上，所述超声发生杆的顶端穿入熔炼炉内，所述超声探头设置超声发生杆的顶端，并与坩埚的底部相靠接；所述保护气加压机构与熔炼炉相连通，所述电弧枪与电弧控制器电性连接。
[0009]作为上述方案的进一步描述，所述坩埚为水冷坩埚，坩埚通过支撑底座设置在熔炼炉内；还包括驱动电机，所述驱动电机设置在电弧控制器内；所述电极控制杆包括外套杆、伸缩杆和中心杆，所述外套杆的顶端与电弧控制器连接，外套杆的底端与熔炼炉顶壁固定连接；所述伸缩杆的直径小于外套杆，且伸缩杆的外径与外套杆的内壁之间具有空腔，伸缩杆的底端伸入进熔炼炉内；所述中心杆的一端与驱动电机驱动连接，且中心杆与伸缩杆
的内壁螺纹连接，所述电弧枪设置在伸缩杆的底端；所述坩埚为水冷铜坩埚，坩埚通过支撑底座设置在熔炼炉内。
[0010]作为上述方案的进一步描述，所述熔炼炉与超声发生杆通过密封组件连接，所述密封组件包括固定件和密封件，所述固定件与超声发生杆螺纹连接，所述固定件底部具有多个凸块，所述熔炼炉的底板上开设有超声发生杆连接孔，且在熔炼炉的内底板上还设有与凸块相匹配的卡槽；所述超声发生杆通过凸块设置在熔炼炉的内底板上；所述密封件与套设在超声发生杆上，所述密封件具有螺纹连接部和密封部，所述螺纹连接部伸入与超声发生杆连接孔内，并与超声发生杆螺纹密封连接；所述密封部设置在螺纹连接部的底部，并与熔炼炉的底板外部相贴合，在所述密封部迎向熔炼炉的一侧设置有密封垫，且所述密封部的外径大于超声发生杆连接孔的直径。
[0011]一种使用上述的超声处理改变Nb
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Si合金韧性相形态的装置处理Nb
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Si合金的方法，包括以下步骤：
[0012]步骤1：将Nb
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Si合金成分按照原子百分比进行配比，其中合金主要元素为70～76at.％Nb元素、3～15at.％Si元素，10～22at.％Ti元素及3～5at.％高熔点微量元素；
[0013]步骤2：将Nb
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Si合金放置在坩埚内，并将电弧枪的钨级调至能够引弧的位置；开启抽真空机构，然后开启保护气加压机构，将熔炼炉内真空度保持在0.05MPa，利用电弧枪将Nb
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Si合金熔化至熔融状态；并采用非接触式超声震动设备对坩埚内的亚共晶Nb
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Si基合金钮扣锭进行超声处理，获得超声处理后的铸锭；
[0014]步骤3：对超声处理后的铸锭进行断裂韧性测试。
[0015]作为上述方案的进一步描述，所述步骤2的亚共晶Nb
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Si基合金钮扣锭在超声处理后的韧性相形态为近球形。
[0016]作为上述方案的进一步描述，所述步骤2亚共晶Nb
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Si基合金钮扣锭放置于坩埚中，并采用电弧枪加热重熔，待亚共晶Nb
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Si基合金钮扣锭熔化后，通过坩埚底部与超声波探头贴合，间接引入超声波，对亚共晶Nb
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Si基合金钮扣锭熔化后的熔融金属液进行超声处理。
[0017]作为上述方案的进一步描述，所述步骤3断裂韧性测试的试样为三点弯矩试样，所述弯矩试样在铸锭的底部通过线切割进行取样。
[0018]作为上述方案的进一步描述，所述步骤2，采用电弧控制器完成电弧枪的电弧调控，在超声处理铸锭液相区时，电弧枪的电弧电流不小于350A且不大于500A；在超声处理铸锭糊状区时，电弧枪的电弧电流不小于250A且小于350A；所述超声杆频率为20kHz，功率为20kW，超声处理时间为20s～400s。
[0019]作为上述方案的进一步描述，所述步骤2中超声处理的亚共晶Nb
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Si基合金钮扣锭熔化后的熔融金属液，其温度大于等于熔融金属液的液相线100℃。
[0020]作为上述方案的进一步描述，所述高熔点微量元素为Ta。
[0021]优点及效果
[0022]1.本专利技术能够实现高温合金的连续超声振动处理，减小组织粗大，同时改变Nb
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Si合金韧性相形态提高断裂韧性的方法，获得近球形的韧性相Nb
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Si铸锭，提高了Nb
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Si合金断裂韧性。
[0023]2.本专利技术通过超声处理促进惰性共析反应发生，有利于提高韧性。
[0024]3.本专利技术通过水冷铜坩埚可以处理高熔点合金，实现无污染制备。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例超声处理改变Nb
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Si合金韧性相形态的装置的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例的熔炼炉的结构示意图；
[0027]图3为本专利技术实施例的电极控制杆的结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声处理改变Nb
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Si合金韧性相形态的装置，其特征在于，包括电弧控制器(1)、电弧枪控制杆(2)、熔炼炉(4)、坩埚(5)、电弧枪(3)、非接触式超声震动设备、抽真空机构(9)和保护气加压机构(10)所述电弧控制器(1)设置在熔炼炉(4)上方，且所述电弧控制器(1)通过电源连接线(11)与控制柜(13)连接；所述电弧枪控制杆(2)的顶端与电弧控制器(1)相连接，所述电弧枪控制杆(2)的底端伸入熔炼炉(4)内；所述电弧枪(3)的一端与电弧枪控制杆(2)的底端相连接，所述电弧枪(3)的另一端穿过导入通道，且电弧枪(3)的钨极位于坩埚(5)的上方；所述抽真空机构(9)与熔炼炉(4)相连通；所述非接触式超声震动设备包括超声波发生器(8)、超声发生杆(7)和超声探头(6)，所述超声波发生器(8)设置在熔炼炉(4)的下方，所述超声发生杆(7)的底端设置在超声波发生器(8)上，所述超声发生杆(7)的顶端穿入熔炼炉(4)内，所述超声探头(6)设置超声发生杆(7)的顶端，并与坩埚(5)的底部相靠接；所述保护气加压机构(10)与熔炼炉(4)相连通，所述电弧枪(3)与电弧控制器(1)电性连接。2.根据权利要求1所述的超声处理改变Nb
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Si合金韧性相形态的装置，其特征在于：所述坩埚(5)为水冷坩埚，坩埚(5)通过支撑底座设置在熔炼炉(4)内；还包括驱动电机(21)，所述驱动电机(21)设置在电弧控制器(1)内；所述电极控制杆(2)包括外套杆(24)、伸缩杆(23)和中心杆(22)，所述外套杆(24)的顶端与电弧控制器(1)连接，外套杆(24)的底端与熔炼炉(4)顶壁固定连接；所述伸缩杆(23)的直径小于外套杆(24)，且伸缩杆(23)的外径与外套杆(24)的内壁之间具有空腔，伸缩杆(23)的底端伸入进熔炼炉(4)内；所述中心杆(22)的一端与驱动电机(21)驱动连接，且中心杆(22)与伸缩杆(23)的内壁螺纹连接，所述电弧枪(3)设置在伸缩杆(23)的底端；所述坩埚(5)为水冷铜坩埚，坩埚(5)通过支撑底座设置在熔炼炉(4)内。3.根据权利要求2所述的超声处理改变Nb
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Si合金韧性相形态的装置，其特征在于：所述熔炼炉(4)与超声发生杆通过密封组件(12)连接，所述密封组件(12)包括固定件(1201)和密封件(1202)，所述固定件(1201)与超声发生杆(7)螺纹连接，所述固定件(1201)底部具有多个凸块，所述熔炼炉(4)的底板上开设有超声发生杆连接孔，且在熔炼炉(4)的内底板上还设有与凸块相匹配的卡槽；所述超声发生杆(7)通过凸块设置在熔炼炉(4)的内底板上；所述密封件(1202)与套设在超声发生杆(7)上，所述密封件(1202)具有螺纹连接部和密封部，所述螺纹连接部伸入与超声发生杆连接孔内，并与超声发生杆(7)螺纹密封连接；所述密封部设置在螺纹连接部的底部，并与熔炼炉(4)的底板外部相贴合，在所述密封部(1202)迎向熔炼炉(4)的一侧设置有密封垫，且所述密封部(1202)的外径大于超声发生杆连接孔的直径。4.一种使用如权利要求3所述的超声处理改变Nb
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Si合金韧性相形态的装置处理Nb<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈瑞润，王墅，王琪，陈德志，王亮，苏彦庆，郭景杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：