CN115612873A - 高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备和方法 - Google Patents

Abstract

高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备和方法，它涉及一种制备高温合金的设备和方法。本发明为了解决现有NbSi基等高温合金采用电弧熔炼时存在合金组织成分偏析的问题，且无法调控相组织。本发明的制备通过在水冷铜坩埚的内部，安装电磁感应线圈，并在水冷坩埚的上部安装有棱台，水冷铜坩埚本体的上端面上开设有多个熔炼凹坑和一个耗氧凹坑。在运用电弧枪对金属铸锭进行熔炼后，通过电磁感应线圈的感应加热，实现对高温合金的热处理操作，从而实现对合金相组织的调控，解决合金中易产生偏析的问题。方法：采取电弧熔炼和感应加热相结合的方式，热处理有助于元素的扩散和相变反应性能的提升。本发明用于高温合金的制备。

Description

高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种制备高温合金的设备和方法，具体涉及一种高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备和方法，属于金属精密铸造领域。

背景技术

随着航天航空技术的不断发展，对航空航天动力系统的要求也越来越高，要求发动机具有更高的推重比，同时要求其涡轮叶片材料能够承受更高的温度，并且具有更加优异的力学性能。由于NbSi基、TiAl基等超高温合金具有高熔点、密度低以及较好滴高温性能等特点，并有望成为下一代发动机材料的重要研究对象，以NbSi基高温合金为例，其较差的室温断裂韧性和抗氧化能力限制了合金在航空、航天等领域的应用。

通过对NbSi基合金材料性能的研究可知，由于电弧熔炼使得高温合金熔体的凝固速率过快，无法实现合金相组织的调控，导致合金组织成分存在偏析，不均匀的问题。由于如果用电弧枪进行人为手动熔炼，在熔炼的过程中，冷却条件、熔池形状和熔液的流速等均不是恒定的，而且，合金元素在凝固结晶时的分配系数各异，这样，不可避免地使合金元素或化合物在树枝状晶间富集而形成偏析。

综上所述，现有NbSi基等高温合金采用电弧熔炼时存在合金组织成分偏析的问题，且无法调控相组织。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有NbSi基等高温合金采用电弧熔炼时存在合金组织成分偏析的问题，且无法调控相组织。进而提供一种高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备和方法。

本发明的技术方案是：一种高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备，包括真空电弧炉和电弧电流电源控制组件，它还包括抽真空装置、水冷系统、左电弧枪装置、右电弧枪装置、翻锭勺和水冷铜坩埚机构，水冷铜坩埚机构安装在真空电弧炉内，水冷铜坩埚机构包括水冷铜坩埚本体、电磁感应线圈和棱台，水冷铜坩埚本体的上端面上开设有多个熔炼凹坑和一个耗氧凹坑，其中，耗氧凹坑的孔径和深度均小于单个熔炼凹坑的孔径和深度；棱台围绕安装在水冷铜坩埚本体的上端面外沿上；电磁感应线圈内嵌在水冷铜坩埚本体下部内侧壁上；水冷系统安装在真空电弧炉内的水冷铜坩埚本体的下部，为水冷铜坩埚本体和电磁感应线圈进行冷却；抽真空装置与真空电弧炉连接并实现对真空电弧炉内进行抽真空；左电弧枪装置、右电弧枪装置和翻锭勺均可伸缩安装在真空电弧炉的上部并伸入到真空电弧炉内，电弧电流电源控制组件分别与左电弧枪装置、右电弧枪装置、翻锭勺和电磁感应线圈电性连接。

进一步地，电弧电流电源控制组件包括电弧电流电源控制柜、电源连接线和电流控制线，电源连接线的一端与电弧电流电源控制柜连接，电源连接线的另一端与电磁感应线圈连接，电流控制线的一端与电弧电流电源控制柜连接，电流控制线的另一端分别与左电弧枪装置和右电弧枪装置连接。

进一步地，抽真空装置包括氩气罐、抽气装置、充气阀和抽气机构，抽气装置通过管路与真空电弧炉连通，抽气机构安装在所述管路上，充气阀安装在氩气罐上并与所述的管路串联。

进一步地，水冷系统包括铜外壳、铜底座、进水插管、出水插管、进水管、出水管和进出水插板，铜底座安装在真空电弧炉内，铜外壳安装在铜底座上，水冷铜坩埚机构位于铜外壳内，进水插管和出水插管的上部为向一侧倾斜的管口，进水插管和出水插管均竖直安装在水冷铜坩埚本体内，进水管和出水管的一端分别插装在与进水插管和出水插管内，进水管和出水管的另一端分别与一个进出水插板连接。

进一步地，左电弧枪装置和右电弧枪装置的结构相同，左电弧枪装置包括旋转轮盘、波纹管、升降杆、钨极电极、保护套、定位螺栓和支撑杆，钨极电极和升降杆之间通过定位螺栓连接，保护套套装在升降杆上，升降杆的上部安装有波纹管，支撑杆安装在波纹管的上部，转轮盘安装在支撑杆的上端。

进一步地，真空电弧炉包括本体、炉门、密封垫圈、窥视镜和窥视镜盖，密封垫圈安装在炉门上，炉门与本体之间可开启设置，本体上设有窥视镜盖，窥视镜盖内安装有窥视镜。

进一步地，它还包括压力表，压力表安装在真空电弧炉上。

本发明还提供了一种高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的方法，它包括以下步骤：

步骤一：打开炉门，观察水冷铜坩埚之上是否有上次熔炼的金属残留，若有用酒精和砂纸将坩埚打磨清洗干净；

步骤二：观察钨极电极，是否残留上次熔炼时留下的金属，若存在，及时用角磨机打磨钨极电极，并及时更换，并卸下螺母将钨极电极放入其中，并安装中孔定位螺栓连接升降杆和钨极电极；

步骤三：将需要熔炼的合金成分放入5个熔炼凹坑之中，并在耗氧凹坑中放入一小块海绵；

步骤四：旋转旋转轮盘，调整左电弧枪装置和右电弧枪装置的钨极电极对准海绵钛坑位的位置并调至能够起弧的高度；

步骤五：开启抽气装置，首先打开抽气机构，抽掉真空电弧炉之中的空气，并关闭抽气机构，观察压力表的示数，使得真空电弧炉内的真空度在0.1MPa，此时关闭抽气机构，并打开充气阀，使得氩气充入放到真空电弧炉之内，观察压力表的示数，并保持真空度在0.05MPa；

步骤六：开启电弧电流电源控制柜，并启动左电弧枪装置和右电弧枪装置，使其起弧，逐渐增加左电弧枪装置和右电弧枪装置的电弧电流至海绵钛完全熔化；

步骤七：待海绵钛熔炼完毕后，将电弧枪对准其他熔炼凹坑的坑位的位置，并将电弧枪的电极下降并调至能够起弧的高度；

步骤八：右电弧枪装置通入单相交流电，加热功率为5-40kW，逐渐增加电弧枪的电弧电流至配料完全熔化，并通过窥视镜观察熔体，并旋转电弧枪使金属溶液变得更加均匀，熔炼时间经过1min之后，减小电弧枪的电弧电流，调至0后，关闭电源；

步骤九：操作翻锭勺，并通过窥视镜进行观察，用翻锭勺将熔炼一次的铸锭翻转过来，并继续用电弧枪进行熔炼，重复步骤七和步骤八的操作，并根据不同高温合金的种类，确定熔炼的次数；

步骤十：根据需要的热处理工艺，确定热处理温度，保温时间并摁下启动按钮，对合金铸锭进行热处理操作，热处理时，采用电磁感应线圈对铸锭进行加热，热处理温度范围为900℃-1600℃，保温时间范围为10h-120h；

至此，经电弧熔炼和热处理操作过后的高温合金制备完毕。

进一步地，步骤四和步骤七中电弧枪的高度为距离配料高度2-3mm。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明通过对合金进行热处理操作，改变合金元素的组织相种类，例如在一定的温度下进行对NbSi基合金进行热处理可将β-Nb₅Si₃相变为α-Nb₅Si₃相，对合金的韧性有所提升，改善合金组织的偏析，从而实现对合金力学性能的提升，进而使其室温力学性能满足作为发动机涡轮叶片的材料。

2、本发明通过在水冷铜坩埚的内部，安装电磁感应线圈，能够实现在运用电弧枪对金属铸锭进行熔炼后，通过电磁感应线圈的感应加热，实现对高温合金的热处理操作，从而实现对合金组织的调控，以及解决合金中偏析过大的问题，热处理有助于元素的扩散和相变反应性能的提升；采取电弧熔炼和感应加热相结合的方式，弥补了合金冷却速度过快的缺点。

3、本发明通过将电磁感应线圈安装在水冷铜坩埚的内部，从而不用另设线圈冷却水系统，而是通过水冷铜坩埚之中的冷却水，从而实现对感应线圈的冷却作用。

4、本发明通过在水冷铜坩埚周围外延设置突起的棱台，以防止在翻锭的时候，将铸锭翻到水冷铜坩埚的外部。

5、本发明将进水管和出水管的进口和出口处设置为倾斜方向，以保证进水和出水时减少，高强度水流对感应线圈的冲刷作用。

6、本发明在水冷铜坩埚的上部设置一个小的圆锭坑，可以在坑中放入一块小海绵钛，从而起到消耗真空炉内剩余氧的作用。

附图说明

图1是制备高温合金的设备的结构示意图；图2是真空电弧炉19的俯视图；图3是电弧枪结构示意图；图4是只经过电弧熔炼，没有经过热处理得到的样品组织图片；图5是经过电弧熔炼和热处理得到的样品组织图片；图6是只经过电弧熔炼，没有经过热处理后的试样的断裂韧性与经过电弧熔炼和热处理后试样的断裂韧性。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备包括真空电弧炉19和电弧电流电源控制组件，它还包括抽真空装置、水冷系统、左电弧枪装置1、右电弧枪装置2、翻锭勺5和水冷铜坩埚机构，水冷铜坩埚机构安装在真空电弧炉19内，水冷铜坩埚机构包括水冷铜坩埚本体50、电磁感应线圈51和棱台52，水冷铜坩埚本体50的上端面上开设有多个熔炼凹坑21和一个耗氧凹坑20，其中，耗氧凹坑20的孔径和深度均小于单个熔炼凹坑21的孔径和深度；棱台52围绕安装在水冷铜坩埚本体50的上端面外沿上；电磁感应线圈51内嵌在水冷铜坩埚本体50下部内侧壁上；水冷系统安装在真空电弧炉19内的水冷铜坩埚本体50的下部，为水冷铜坩埚本体50和电磁感应线圈51进行冷却；抽真空装置与真空电弧炉19连接并实现对真空电弧炉19内进行抽真空；左电弧枪装置1、右电弧枪装置2和翻锭勺5均可伸缩安装在真空电弧炉19的上部并伸入到真空电弧炉19内，电弧电流电源控制组件分别与左电弧枪装置1、右电弧枪装置2、翻锭勺5和电磁感应线圈51电性连接。

本实施方式的水冷铜坩埚本体50的上部外沿处设有棱台52，热处理用电磁感应线圈为方形，且置于水冷坩埚(指水冷铜坩埚本体50)的内部，且水冷铜坩埚上有5个大锭位(指熔炼凹坑21)和1个小锭位(耗氧凹坑20)，通过电磁感应线圈51对熔炼好的NbSi合金进行热处理操作，实现合金组织的调控，更好地获得力学性能优异的难溶合金及复合材料。

本实施方式的水冷铜坩埚的材质为紫铜，在水冷铜坩埚的内部有7砸紫铜线圈作为一级热处理电磁感应线圈，整个线圈处在水冷铜坩埚之内，其为感应线圈进行冷却。

本发明通过运用电弧枪熔炼NbSi或者TiAl高温合金，并在熔炼之后，可以对高温合金进行热处理工艺操作，并通过热处理调控合金的组织性能，进而实现对高温合金力学性能的提升。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的电弧电流电源控制组件包括电弧电流电源控制柜6、电源连接线8和电流控制线7，电源连接线8的一端与电弧电流电源控制柜6连接，电源连接线8的另一端与电磁感应线圈51连接，电流控制线7的一端与电弧电流电源控制柜6连接，电流控制线7的另一端分别与左电弧枪装置1和右电弧枪装置2连接。如此设置，便于根据实际情况及时准确的控制左电弧枪装置1和右电弧枪装置2通入的电流，以及为电磁感应线圈51通断电，控制其工作与否。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的抽真空装置包括氩气罐10、抽气装置9、充气阀12和抽气机构11，抽气装置9通过管路与真空电弧炉19连通，抽气机构11安装在所述管路上，充气阀12安装在氩气罐10上并与所述的管路串联。如此设置，便于实现对真空电弧炉19进行抽真空。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的水冷系统包括铜外壳13、铜底座31、进水插管14、出水插管15、进水管16、出水管17和进出水插板18，铜底座31安装在真空电弧炉19内，铜外壳13安装在铜底座31上，水冷铜坩埚机构位于铜外壳13内，进水插管14和出水插管15的上部为向一侧倾斜的管口，进水插管14和出水插管15均竖直安装在水冷铜坩埚本体50内，进水管16和出水管17的一端分别插装在与进水插管14和出水插管15内，进水管16和出水管17的另一端分别与一个进出水插板18连接。如此设置，采用一套水冷系统，既能够对处于熔铸阶段的合金进行冷却，也能够对处于热处理阶段的电磁感应线圈51进行冷却。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

本实施方式的进水插管和出水插管的上方设计为斜进口式和斜出口式，防止进水和出水对电磁感应线圈造成影响。水冷铜外壳安装在铜底座之上，且水冷铜外壳的四周向上突起，作为挡壁以防止在翻锭的时候，将铸锭翻出坩埚，水冷铜坩埚的上方一共有五个铸锭圆坑21以圆形中心呈中心对称分布。并在其旁边有一个小的铸锭圆坑20，用以盛放海绵Ti，并用以吸收炉内的剩余氧量。方形感应线圈位于水冷铜坩埚之内，并离坩埚壁有些距离，电磁感应线圈的电源线在上方通过坩埚上的小孔与电弧电流电源控制柜6相连，并实现对高频感应线圈的控制。进而对热处理工艺参数进行控制。

具体实施方式五：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的左电弧枪装置1和右电弧枪装置2的结构相同，左电弧枪装置1包括旋转轮盘26、波纹管27、升降杆28、钨极电极29、保护套30、定位螺栓33和支撑杆32，钨极电极29和升降杆28之间通过定位螺栓33连接，保护套30套装在升降杆28上，升降杆28的上部安装有波纹管27，支撑杆32安装在波纹管27的上部，转轮盘26安装在支撑杆32的上端，保护套30与升降杆28之间采用螺纹方式连接便于升降杆的以是实现升降杆的上升和下降。如此设置，电弧枪装置能够对不同位置的大锭位内的合金进行熔铸，其熔铸过程中使用灵活，能够实现升降、各角度摆动以及旋转等动作。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式的真空电弧炉19包括本体、炉门22、密封垫圈23、窥视镜25和窥视镜盖24，密封垫圈23安装在炉门22上，炉门22与本体之间可开启设置，本体上设有窥视镜盖24，窥视镜盖24内安装有窥视镜25。如此设置，便于通过窥视镜25及时准确的观察炉内情况，随时调整熔铸和热处理参数。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

本实施方式的在炉门的四周安装上密封胶圈，并涂抹真空硅胶以防止炉门产生漏气现象。从而降低真空度。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式还包括压力表3，压力表3安装在真空电弧炉19上。如此设置，便于监测和显示炉内压力。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的制备高温合金的设备的方法，它包括以下步骤：

步骤一：打开炉门，观察水冷铜坩埚之上是否有上次熔炼的金属残留，若有用酒精和砂纸将坩埚打磨清洗干净；

步骤二：观察钨极电极29，是否残留上次熔炼时留下的金属，若存在，及时用角磨机打磨钨极电极29，并及时更换，并卸下螺母将钨极电极29放入其中，并安装中孔定位螺栓33连接升降杆28和钨极电极29；

步骤三：将需要熔炼的合金成分放入5个熔炼凹坑21之中，并在耗氧凹坑20中放入一小块海绵；

步骤四：旋转旋转轮盘26，调整左电弧枪装置1和右电弧枪装置2的钨极电极29对准海绵钛坑位的位置并调至能够起弧的高度；

步骤五：开启抽气装置9，首先打开抽气机构11，抽掉真空电弧炉19之中的空气，并关闭抽气机构11，观察压力表3的示数，使得真空电弧炉19内的真空度在0.1MPa，此时关闭抽气机构11，并打开充气阀12，使得氩气充入放到真空电弧炉19之内，观察压力表3的示数，并保持真空度在0.05MPa；

步骤六：开启电弧电流电源控制柜6，并启动左电弧枪装置1和右电弧枪装置2，使其起弧，逐渐增加左电弧枪装置1和右电弧枪装置2的电弧电流至海绵钛完全熔化；

步骤七：待海绵钛熔炼完毕后，将电弧枪对准其他熔炼凹坑21的坑位的位置，并将电弧枪的电极下降并调至能够起弧的高度；

步骤八：右电弧枪装置2通入单相交流电，加热功率为5-40kW，逐渐增加电弧枪的电弧电流至配料完全熔化，并通过窥视镜观察熔体，并旋转电弧枪使金属溶液变得更加均匀，熔炼时间经过1min之后，减小电弧枪的电弧电流，调至0后，关闭电源；

步骤九：操作翻锭勺5，并通过窥视镜25进行观察，用翻锭勺5将熔炼一次的铸锭翻转过来，并继续用电弧枪进行熔炼，重复步骤七和步骤八的操作，并根据不同高温合金的种类，确定熔炼的次数；

步骤十：根据需要的热处理工艺，确定热处理温度，保温时间并摁下启动按钮，对合金铸锭进行热处理操作，热处理时，采用电磁感应线圈51对铸锭进行加热，热处理温度范围为900℃-1600℃，保温时间范围为10h-120h；

至此，经电弧熔炼和热处理操作过后的高温合金制备完毕。

具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤四和步骤七中电弧枪的高度为距离配料高度2-3mm。如此设置，保证电弧枪起弧。其它组成和连接关系与具体实施方式一至八中任意一项相同。

结合图1至图6说明本发明的工作原理：

本发明的左电弧枪装置和右电弧枪装置安装在电弧炉的上方，斜向下插入进炉体(指真空电弧炉19)之中，翻锭勺4通过波纹管5在上方进入到炉体之中，方便翻锭，使一个合金铸锭可以反复熔炼多次，使得熔炼更加均匀。水冷铜坩埚装置安装在真空电弧炉的正中央位置，并且铸锭坑位对准上方的电弧抢，进水接管16和出水接管17分别位于水冷铜坩埚两次并接与进水接板和出水接板之中；两根电流控制线7通过连接电弧电流电源控制柜6与左电弧枪装置2和右电弧枪装置1以实现对电弧枪电流的控制，左电弧枪装置2和右电弧枪装置1，感应线圈的电源线8穿过水冷铜坩埚的小孔，并与电弧电流电源控制柜6相连接便于实现对感应热处理工艺参数的控制。炉门的外侧布满一圈密封垫圈23，并且在其上涂抹真空硅胶，并且在水冷铜坩埚之上有5个铸锭坑位21，且每个铸锭坑位围绕着坩埚中心呈中心对称；在水冷铜坩埚的外围有一个小的铸锭坑20，在真空电弧炉的上方装有三个窥视镜24。

通过真空炉上方的窥视镜，可以观察到炉内铸锭热处理情况，熔炼铸锭状况和翻料状况，在水冷铜坩埚的外延部分，有一部分突起的部位，用以防止在翻料时将铸锭翻落水冷铜坩埚台。

左电弧枪装置和右电弧枪装置主要包括旋转轮盘26，通过旋转轮盘使得电弧枪高度上升和下降，波纹管27主要使得电弧枪发生旋转，保护套30主要起到保护内部升降杆28的作用，升降杆28与保护套30之间采用螺纹方式进行连接，并可实现升降杆的升降操作，中孔定位螺栓33用于连接固定钨极电极29和升降杆28，通过螺纹连接。

采用一种高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的方法，它包括以下步骤：

步骤一：打开电弧炉炉门，观察水冷铜坩埚之上是否有上次熔炼的金属残留，若有用酒精和砂纸将坩埚打磨清洗干净；

步骤二：观察钨电极，是否残留上次熔炼时留下的金属，若存在，及时用角磨机打磨钨电极，并及时更换。并卸下螺母将钨电极放入其中，并安装中孔定位螺母连接升降杆和钨电极；

步骤三：将需要熔炼的合金成分放入5个铸锭圆坑之中，并在外围最小的圆坑之中放入一小块海绵；

步骤四：旋转旋转轮盘，调整电弧枪对准海绵钛坑位的位置并调至能够起弧的高度；

步骤五：开启抽气进气装置，首先打开抽气阀机构，抽掉真空电弧炉之中的空气，并关闭抽气阀机构，观察压力表示数，使得真空炉内的真空度在0.1MPa，此时关闭抽气阀机构，并打开进气阀机构，使得氩气充入放到真空炉体之内，观察压力表示数，并保持真空度在0.05MPa；

步骤六：开启电源电弧电流控制柜，并启动电弧枪，使其起弧，逐渐增加电弧枪的电弧电流至海绵钛完全熔化；

步骤七：待海绵钛熔炼完毕后，将电弧枪对准其他坑位的位置，并将电弧枪的电极下降并调至能够起弧的高度；

步骤八：左电弧枪装置2通入单相交流电，加热功率为5-40kW，逐渐增加电弧枪的电弧电流至配料完全熔化，并通过窥视镜观察熔体，并旋转电弧枪使金属溶液变得更加均匀，一定时间之后，逐渐减小电弧枪的电弧电流，调至0后，关闭电源；

步骤九：操作翻锭勺装置，并通过前窥镜进行观察，用翻锭勺将熔炼一次的铸锭翻转过来，并继续用电弧枪进行熔炼重复步骤七和步骤八的操作，并根据不同高温合金的种类，确定熔炼的次数；

步骤十：根据需要的热处理工艺，确定热处理温度，保温时间并摁下启动按钮，对合金铸锭进行热处理操作，热处理温度范围为900℃-1600℃，保温时间范围为10h-120h；

至此经电弧熔炼和热处理操作过后的高温合金制备完毕；

其中，原料的合金成分优选为Nb-16Si-20Zr-2Cr。

结合图4和图5进行说明，本实施方式的发明效果展示，从图4中可以看出只利用电弧熔炼出的Nb-16Si-20Zr-2Cr高温合金的显微组织，结果表明铸态合金的显微组织只要由Nbss、γ-(Nb,Zr)₅Si₃、和富Ti的γ-(Nb,Zr)₅SI₃组成，从图5中可以看出利用电弧熔炼，并施加热处理工艺后，显微组织主要由Nbss相合γ-(Nb,Zr)₅Si₃相组成，热处理工艺为1150℃/24h(炉冷)可以明显看出合金组织中的偏析问题得到了改善。

结合图6进行说明可以看出，经过热处理后的合金的室温断裂韧性较没经过热处理的合金提高了46.4％。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (9)

1.一种高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备，它包括真空电弧炉(19)和电弧电流电源控制组件，其特征在于：它还包括抽真空装置、水冷系统、左电弧枪装置(1)、右电弧枪装置(2)、翻锭勺(5)和水冷铜坩埚机构，

水冷铜坩埚机构安装在真空电弧炉(19)内，水冷铜坩埚机构包括水冷铜坩埚本体(50)、电磁感应线圈(51)和棱台(52)，水冷铜坩埚本体(50)的上端面上开设有多个熔炼凹坑(21)和一个耗氧凹坑(20)，其中，耗氧凹坑(20)的孔径和深度均小于单个熔炼凹坑(21)的孔径和深度；棱台(52)围绕安装在水冷铜坩埚本体(50)的上端面外沿上；电磁感应线圈(51)内嵌在水冷铜坩埚本体(50)下部内侧壁上；

水冷系统安装在真空电弧炉(19)内的水冷铜坩埚本体(50)的下部，为水冷铜坩埚本体(50)和电磁感应线圈(51)进行冷却；

抽真空装置与真空电弧炉(19)连接并实现对真空电弧炉(19)内进行抽真空；

左电弧枪装置(1)、右电弧枪装置(2)和翻锭勺(5)均可伸缩安装在真空电弧炉(19)的上部并伸入到真空电弧炉(19)内，电弧电流电源控制组件分别与左电弧枪装置(1)、右电弧枪装置(2)、翻锭勺(5)和电磁感应线圈(51)电性连接。

2.根据权利要求1所述的高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备，其特征在于：电弧电流电源控制组件包括电弧电流电源控制柜(6)、电源连接线(8)和电流控制线(7)，电源连接线(8)的一端与电弧电流电源控制柜(6)连接，电源连接线(8)的另一端与电磁感应线圈(51)连接，电流控制线(7)的一端与电弧电流电源控制柜(6)连接，电流控制线(7)的另一端分别与左电弧枪装置(1)和右电弧枪装置(2)连接。

3.根据权利要求1或2所述的高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备，其特征在于：抽真空装置包括氩气罐(10)、抽气装置(9)、充气阀(12)和抽气机构(11)，抽气装置(9)通过管路与真空电弧炉(19)连通，抽气机构(11)安装在所述管路上，充气阀(12)安装在氩气罐(10)上并与所述的管路串联。

4.根据权利要求3所述的高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备，其特征在于：水冷系统包括铜外壳(13)、铜底座(31)、进水插管(14)、出水插管(15)、进水管(16)、出水管(17)和进出水插板(18)，铜底座(31)安装在真空电弧炉(19)内，铜外壳(13)安装在铜底座(31)上，水冷铜坩埚机构位于铜外壳(13)内，进水插管(14)和出水插管(15)的上部为向一侧倾斜的管口，进水插管(14)和出水插管(15)均竖直安装在水冷铜坩埚本体(50)内，进水管(16)和出水管(17)的一端分别插装在与进水插管(14)和出水插管(15)内，进水管(16)和出水管(17)的另一端分别与一个进出水插板(18)连接。

5.根据权利要求1或4所述的高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备，其特征在于：左电弧枪装置(1)和右电弧枪装置(2)的结构相同，左电弧枪装置(1)包括旋转轮盘(26)、波纹管(27)、升降杆(28)、钨极电极(29)、保护套(30)、定位螺栓(33)和支撑杆(32)，钨极电极(29)和升降杆(28)之间通过定位螺栓(33)连接，保护套(30)套装在升降杆(28)上，升降杆(28)的上部安装有波纹管(27)，支撑杆(32)安装在波纹管(27)的上部，转轮盘(26)安装在支撑杆(32)的上端，保护套(30)与升降杆(28)之间采用螺纹方式连接。

6.根据权利要求5所述的高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备，其特征在于：真空电弧炉(19)包括本体、炉门(22)、密封垫圈(23)、窥视镜(25)和窥视镜盖(24)，密封垫圈(23)安装在炉门(22)上，炉门(22)与本体之间可开启设置，本体上设有窥视镜盖(24)，窥视镜盖(24)内安装有窥视镜(25)。

7.根据权利要求6所述的高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备，其特征在于：它还包括压力表(3)，压力表(3)安装在真空电弧炉(19)上。

8.一种采用权利要求1至7中任意一项权利要求所述的高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的设备的方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一：打开炉门，观察水冷铜坩埚之上是否有上次熔炼的金属残留，若有用酒精和砂纸将坩埚打磨清洗干净；

步骤二：观察钨极电极(29)，是否残留上次熔炼时留下的金属，若存在，及时用角磨机打磨钨极电极(29)，并及时更换，并卸下螺母将钨极电极(29)放入其中，并安装中孔定位螺栓(33)连接升降杆(28)和钨极电极(29)；

步骤三：将需要熔炼的合金成分放入5个熔炼凹坑(21)之中，并在耗氧凹坑(20)中放入一小块海绵；

步骤四：旋转旋转轮盘(26)，调整左电弧枪装置(1)和右电弧枪装置(2)的钨极电极(29)对准海绵钛坑位的位置并调至能够起弧的高度；

步骤五：开启抽气装置(9)，首先打开抽气机构(11)，抽掉真空电弧炉(19)之中的空气，并关闭抽气机构(11)，观察压力表(3)的示数，使得真空电弧炉(19)内的真空度在0.1MPa，此时关闭抽气机构(11)，并打开充气阀(12)，使得氩气充入放到真空电弧炉(19)之内，观察压力表(3)的示数，并保持真空度在0.05MPa；

步骤六：开启电弧电流电源控制柜(6)，并启动左电弧枪装置(1)和右电弧枪装置(2)，使其起弧，逐渐增加左电弧枪装置(1)和右电弧枪装置(2)的电弧电流至海绵钛完全熔化；

步骤七：待海绵钛熔炼完毕后，将电弧枪对准其他熔炼凹坑(21)的坑位的位置，并将电弧枪的电极下降并调至能够起弧的高度；

步骤八：右电弧枪装置(2)通入单相交流电，加热功率为5-40kW，逐渐增加电弧枪的电弧电流至配料完全熔化，并通过窥视镜观察熔体，并旋转电弧枪使金属溶液变得更加均匀，熔炼时间经过1min之后，减小电弧枪的电弧电流，调至0后，关闭电源；

步骤九：操作翻锭勺(5)，并通过窥视镜(25)进行观察，用翻锭勺(5)将熔炼一次的铸锭翻转过来，并继续用电弧枪进行熔炼，重复步骤七和步骤八的操作，并根据不同高温合金的种类，确定熔炼的次数；

步骤十：根据需要的热处理工艺，确定热处理温度，保温时间并摁下启动按钮，对合金铸锭进行热处理操作，热处理时，采用电磁感应线圈(51)对铸锭进行加热，热处理温度范围为900℃-1600℃，保温时间范围为10h-120h；

至此，经电弧熔炼和热处理操作过后的高温合金制备完毕。

9.根据权利要求8所述的高温热处理与电弧熔炼相结合制备高温合金的方法，其特征在于：步骤四和步骤七中电弧枪的高度为距离配料高度2-3mm。

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