[实用新型]一种难变形高温合金制备用电子束诱导层凝装置

说明书

本实用新型公开了一种难变形高温合金制备用电子束诱导层凝装置。该装置包括炉体、控制单元、感应熔炼单元、电子束提纯单元、层凝单元、温度监测单元和真空单元；感应熔炼单元、提纯单元、层凝单元设于炉体内；感应熔炼单元用于对合金原料熔炼和精炼；电子束提纯单元用于对熔炼和精炼后得到的熔体提纯处理；层凝单元用于对提纯后熔体冷却并使其形成层凝结构；温度监测单元用于监测所述感应熔炼单元和所述层凝单元中的熔体温度；控制单元用于控制感应熔炼单元、提纯单元、层凝单元、温度监测单元和真空单元的自动化运行；真空单元用于为炉体提供真空环境。本实用新型装置有助于解决难变形高温合金偏析严重、组织粗大和热塑性差的技术瓶颈。

技术领域

本实用新型属于难变形高温合金制备技术领域，更具体地，涉及一种难变形高温合金制备用电子束诱导层凝装置。

背景技术

作为发动机的核心热端部件，高温合金涡轮盘必须具有不断提高的承温承载能力，高温合金涡轮盘的制备技术成为现代航空发动机设计与制造的重大关键技术之一。目前，高性能航空发动机中涡轮盘的承温能力在700～800℃之间，所用难变形高温合金中Al+Ti+Nb含量高达10wt％，强化相含量在45～55％之间，接近铸造高温合金的水平。

涡轮盘的制备工艺主要包括合金设计、三联冶炼(真空感应(VIM)+电渣重熔(ESR)+真空自耗自耗(VAR))、均匀化退火、反复镦拔开坯、模锻成型和热处理，最终制备成涡轮盘。现有的三联冶炼工艺存在生产周期长、成本高和材料的收得率较低等不足，尤其是无法解决合金元素偏析严重和热塑性差的技术瓶颈，导致合金的热加工性能极差。这些问题极大地限制了难变形高温合金水平的发展，并严重影响了相关型号发动机的研制。

目前，真空感应熔炼技术是生产高温合金最成熟的技术，该技术对原材料尺寸和形状均无要求。但传统真空感应熔炼得到的难变形合金铸锭存在元素偏析程度高、组织比较粗大和大量缩孔等问题，其热加工能力很差。对于难变形高温合金真空感应熔炼获得的铸锭需要进一步精炼提纯才能进行高温变形。电子束提纯高温合金技术在温度、真空度以及凝固控制等方面具有明显的优势。此外，电子束的可控性好，可通过控制电子束来控制熔池的加热部位，从而保证熔池温度分布均匀，得到表面质量优良的铸锭。但是，电子束提纯过程中熔化原料的速度慢，明显增加了高能电子束系统的能耗，降低了电子枪的使用寿命；此外，现有电子束制备高纯合金只要求去除杂质元素，对金属的凝固组织无要求。因此，现有的电子束精炼提纯技术无法满足难变形高温合金对元素偏析和调控凝固组织的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对难变形高温合金传统三联冶炼周期长、成本高、铸态组织偏析严重和晶粒粗大的问题，提供一种难变形高温合金制备用电子束诱导层凝装置及方法，该装置有助于解决难变形高温合金偏析严重、组织粗大和热塑性差的技术瓶颈，从而实现难变形高温合金的低成本、短流程制备新工艺，为变形高温合金及其关键部件制造技术的发展和应用提供技术支撑。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种难变形高温合金制备用电子束诱导层凝装置，该装置包括：炉体，控制单元、感应熔炼单元、电子束提纯单元、层凝单元、温度监测单元和真空单元；

所述感应熔炼单元、提纯单元、层凝单元设置于所述炉体内；

所述感应熔炼单元用于对合金原料进行熔炼和精炼；

所述电子束提纯单元用于对熔炼和精炼后得到的熔体进行提纯处理；

所述层凝单元用于对提纯后的熔体进行冷却并使其形成层凝结构；

所述温度监测单元用于监测所述感应熔炼单元和所述层凝单元中的熔体温度；

所述控制单元用于控制感应熔炼单元、提纯单元、层凝单元、温度监测单元和真空单元的自动化运行；

所述真空单元用于为炉体提供真空环境。