CN109943736A - 一种铝钒钛合金制作装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铝钒钛合金制作装置，包括真空消音室、高压球罐、离心水冷锭模、旋风除尘系统和电控系统，真空消音室设置有侧门，离心水冷锭模包括由上而下依次连接的坩埚、水冷托盘和离心旋转装置，离心水冷锭模设置在真空消音室的底部，且坩埚和水冷托盘位于真空消音室内，高压球罐的顶部开口且高压球罐的底端与坩埚连接，真空消音室连接有真空泵，旋风除尘系统与真空消音室的内部连通，电控系统与引线的一端电连接，引线的另一端伸入高压球罐内。本发明铝钒钛合金制作装置及方法提高了铝钒钛合金的制备效率。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金制备技术领域，特别是涉及一种铝钒钛合金制作装置及方法。
背景技术
Ti-6Al-4V合金在室温下的稳定性非常好，表现出非常高的抗疲劳性能。常常被用作铸造和锻造合金，也可以在飞机骨架结构中起到支架和紧固件的作用。它的应用范围还在不断地扩大，不仅仅是在发动机的压缩涡轮盘和叶片上的，更多的是运用于机械动力装置、核反应堆以及造船工业上，在航空工业中的应用更是具有广大的前景。金属元素钒在Ti-6Al-4V合金中起到一种稳定剂的作用，并且作用效果非常显著，所以钒的加入使得钛合金的耐热、冷加工等性能得到明显的提升，这样制备出来的钛铝合金表现出优异的力学强度以及可焊接性。现在Ti-6Al-4V合金的主要制备方式为将一定配比的金属铝、钛、钒混合后进行熔炼，熔炼温度高，效率比较低，对设备的要求较高，所以成本相对较高，不能很好的满足工业化生产的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝钒钛合金制作装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高铝钒钛合金的制备效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种铝钒钛合金制作装置，包括真空消音室、高压球罐、离心水冷锭模、旋风除尘系统和电控系统，所述真空消音室设置有侧门，所述离心水冷锭模包括由上而下依次连接的坩埚、水冷托盘和离心旋转装置，所述离心水冷锭模设置在所述真空消音室的底部，且所述坩埚和所述水冷托盘位于所述真空消音室内，所述高压球罐的顶部开口且所述高压球罐的底端与所述坩埚连接，所述真空消音室连接有真空泵，所述旋风除尘系统与所述真空消音室的内部连通，所述电控系统与引线的一端电连接，所述引线的另一端伸入所述高压球罐内。
优选地，所述真空消音室包括真空外筒和真空内筒，所述真空内筒和所述真空外筒之间填充有消音棉。
优选地，还包括循环水冷却系统，所述水冷托盘中设置有通水孔，所述循环水冷却系统中的积水排分路与所述通水孔的一端连接，所述通水孔的另一端与所述循环水冷却系统中的积水排连接。
优选地，所述旋风除尘系统包括旋风除尘器、下锥体、离心风机和粉尘收集罐，所述旋风除尘器的进气口与所述真空消音室连通，所述旋风除尘器的出气口与所述下锥体连通，所述粉尘收集罐与所述下锥体的底端连接，所述离心风机与所述下锥体的顶端连接。
优选地，所述真空泵与所述真空消音室的连接管路上设置有第一真空阀门和防尘过滤罐，所述离心风机与所述下锥体的连接管路上设置有第二真空阀门，所述粉尘收集罐与所述下锥体的连接管路上设置有第三真空阀门。
优选地，所述坩埚的底部设置有一正对所述水冷托盘的竖直的通孔，所述通孔的底端用铝箔密封，所述引线为铜导线，所述引线位于所述高压球罐中的一端连接有钼丝。
优选地，所述电控系统中的可编程逻辑控制器的型号为6ES7216-2BD23-0XB8+6ES7223-1PH22-0XA8。
本发明还提供一种铝钒钛合金制作方法，包括以下步骤：
(1)配料，按照质量比为TiO2：V2O5：Al：CaO+CaF2：KClO3＝60：2.86：30.81：15:15的比例称量原料；
(2)将称量好的二氧化钛、五氧化二钒、铝粉，以及需要加入的氧化钙、氟化钙和氯酸钾混匀均匀，并进行烘干；
(3)将步骤二中烘干好的原料装入高压球罐中，并将引线中的钼丝插入所述高压球罐内的原料中，并避免引线碰触到坩埚，然后通过电控系统对所述引线接通电流，引发铝热爆炸反应，反应过程中生产出来的合金冲破铝箔进入离心水冷锭模浇铸成合金锭；
(4)在真空感应熔炼炉或磁悬浮熔炼炉中对步骤(3)中获得的合金锭进行二次熔炼，以得到符合国家标准的铝钒钛合金。
本发明铝钒钛合金制作装置及方法相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明铝钒钛合金制作装置及方法提高了铝钒钛合金的制备效率。本发明铝钒钛合金制作装置及方法通过爆炸法得到铝钒钛合金，流程短，效率高，成本低，只用金属氧化物就可以得到铝钒钛合金。本发明铝钒钛合金制作装置设计巧妙，既防止冒烟污染环境，又防止爆炸快速反应对外界伤害，并且快速离心浇铸成型。本发明铝钒钛合金制作装置及方法相较传统的对掺法熔炼钛铝钒合金技术，效率提高了70％，成本降低了60％，效果显著。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明铝钒钛合金制作装置的结构示意图；
图2为本发明铝钒钛合金制作装置中循环水冷却系统的结构示意图；
图3为本发明铝钒钛合金制作装置中离心水冷锭模的结构示意图；
其中，1-真空消音室，2-引线，3-电控系统，4-高压球罐，5-离心水冷锭模，51-坩埚，52-水冷托盘，53-离心旋转装置，6-第一真空阀门，7-防尘过滤罐，8-真空泵，9-循环水冷却系统，91-总进水管，92-积水排分路，93-积水排，94-总回水管，10-离心风机，11-粉尘收集罐，12-第二真空阀门，13-旋风除尘系统，14-旋风除尘器，15-下锥体，16-第三真空阀门。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种铝钒钛合金制作装置及方法，以解决现有技术存在的问题，提高铝钒钛合金的制备效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例铝钒钛合金制作装置，包括真空消音室1、高压球罐4、离心水冷锭模5、旋风除尘系统13和电控系统3。
其中，真空消音室1包括真空外筒和真空内筒，真空内筒和真空外筒之间填充有消音棉，真空消音室1设置有侧门；如图3所示，离心水冷锭模5包括由上而下依次连接的坩埚51、水冷托盘52和离心旋转装置53，离心水冷锭模5设置在真空消音室1的底部，且坩埚51和水冷托盘52位于真空消音室1内，高压球罐4的顶部开口且高压球罐4的底端与坩埚51连接，真空消音室1连接有真空泵8，旋风除尘系统13与真空消音室1的内部连通，电控系统3与引线2的一端电连接，引线2的另一端伸入高压球罐4内。值得注意的是，坩埚51的底部设置有一正对水冷托盘52的竖直的通孔，通孔的底端用铝箔密封，引线2为铜导线，引线2位于高压球罐4中的一端连接有钼丝。电控系统3中的可编程逻辑控制器为6ES7216-2BD23-0XB8+6ES7223-1PH22-0XA8。
本实施例循环水冷却系统9，如图1和图2所示，循环水冷却系统9中设置有总进水管91、总回水管94、积水排93和积水排分路92，而在离心水冷锭模5中的水冷托盘52上设置有通水孔，循环水冷却系统9中的积水排分路92与通水孔的一端连接，通水孔的另一端与循环水冷却系统9中的积水排93连接，水通过总进水管91、积水排分路92流动到通水孔，再通过积水排93、总回水管94回流。
参照图1，旋风除尘系统13包括旋风除尘器14、下锥体15、离心风机10和粉尘收集罐11，旋风除尘器14的进气口与真空消音室1连通，旋风除尘器14的出气口与下锥体15连通，粉尘收集罐11与下锥体15的底端连接，离心风机10与下锥体15的顶端连接；旋风除尘器14能够能够使得气体中的粉尘通过下锥体15流入到粉尘手机罐中，而离心风机10则能够将气体抽走。真空泵8与真空消音室1的连接管路上设置有第一真空阀门6和防尘过滤罐7，离心风机10与下锥体15的连接管路上设置有第二真空阀门12，粉尘收集罐11与下锥体15的连接管路上设置有第三真空阀门16。
本实施例还提供一种铝钒钛合金制作方法，包括以下步骤：
(1)配料，按照质量比为TiO2：V2O5：Al：CaO+CaF2：KClO3＝60：2.86：30.81：15:15的比例称量原料；按照该配比，铝的含量是正好反应的，氯酸钾的含量是参考铝与二氧化钛反应的；
(2)将称量好的二氧化钛、五氧化二钒、铝粉，以及需要加入的氧化钙、氟化钙和氯酸钾混匀均匀，并进行烘干；所使用的氯酸钾呈现结晶状，需要先将其研磨成粉末，但是要注意研磨的时候不要太过剧烈，防止氯酸钾受热产生爆炸，造成危险；
(3)将步骤二中烘干好的原料装入高压球罐4中，并将引线2中的钼丝插入高压球罐4内的原料中，并避免引线2碰触到坩埚51，然后通过电控系统3对引线2接通电流，引发铝热爆炸反应，反应过程中生产出来的合金冲破铝箔进入离心水冷锭模5浇铸成合金锭；待铝热还原反应结束后，分别得到铝钒钛合金锭和冶炼渣；
(4)在真空感应熔炼炉或磁悬浮熔炼炉中对步骤(3)中获得的合金锭进行二次熔炼，以得到符合国家标准的纯度为99.00～99.5％的Ti-6Al-4V合金。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种铝钒钛合金制作装置，其特征在于：包括真空消音室、高压球罐、离心水冷锭模、旋风除尘系统和电控系统，所述真空消音室设置有侧门，所述离心水冷锭模包括由上而下依次连接的坩埚、水冷托盘和离心旋转装置，所述离心水冷锭模设置在所述真空消音室的底部，且所述坩埚和所述水冷托盘位于所述真空消音室内，所述高压球罐的顶部开口且所述高压球罐的底端与所述坩埚连接，所述真空消音室连接有真空泵，所述旋风除尘系统与所述真空消音室的内部连通，所述电控系统与引线的一端电连接，所述引线的另一端伸入所述高压球罐内。
2.根据权利要求1所述的铝钒钛合金制作装置，其特征在于：所述真空消音室包括真空外筒和真空内筒，所述真空内筒和所述真空外筒之间填充有消音棉。
3.根据权利要求1所述的铝钒钛合金制作装置，其特征在于：还包括循环水冷却系统，所述水冷托盘中设置有通水孔，所述循环水冷却系统中的积水排分路与所述通水孔的一端连接，所述通水孔的另一端与所述循环水冷却系统中的积水排连接。
4.根据权利要求1所述的铝钒钛合金制作装置，其特征在于：所述旋风除尘系统包括旋风除尘器、下锥体、离心风机和粉尘收集罐，所述旋风除尘器的进气口与所述真空消音室连通，所述旋风除尘器的出气口与所述下锥体连通，所述粉尘收集罐与所述下锥体的底端连接，所述离心风机与所述下锥体的顶端连接。
5.根据权利要求4所述的铝钒钛合金制作装置，其特征在于：所述真空泵与所述真空消音室的连接管路上设置有第一真空阀门和防尘过滤罐，所述离心风机与所述下锥体的连接管路上设置有第二真空阀门，所述粉尘收集罐与所述下锥体的连接管路上设置有第三真空阀门。
6.根据权利要求1所述的铝钒钛合金制作装置，其特征在于：所述坩埚的底部设置有一正对所述水冷托盘的竖直的通孔，所述通孔的底端用铝箔密封，所述引线为铜导线，所述引线位于所述高压球罐中的一端连接有钼丝。
7.根据权利要求1所述的铝钒钛合金制作装置，其特征在于：所述电控系统中的可编程逻辑控制器的型号为6ES7216-2BD23-0XB8+6ES7223-1PH22-0XA8。
8.一种铝钒钛合金制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料，按照质量比为TiO2：V2O5：Al：CaO+CaF2：KClO3＝60：2.86：30.81：15:15的比例称量原料；
(2)将称量好的二氧化钛、五氧化二钒、铝粉，以及需要加入的氧化钙、氟化钙和氯酸钾混匀均匀，并进行烘干；
(3)将步骤二中烘干好的原料装入高压球罐中，并将引线中的钼丝插入所述高压球罐内的原料中，并避免引线碰触到坩埚，然后通过电控系统对所述引线接通电流，引发铝热爆炸反应，反应过程中生产出来的合金冲破铝箔进入离心水冷锭模浇铸成合金锭；
(4)在真空感应熔炼炉或磁悬浮熔炼炉中对步骤(3)中获得的合金锭进行二次熔炼，以得到符合国家标准的铝钒钛合金。
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