专利名称：真空反重力铸造钛及钛合金用复合坩埚内衬及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种钛及钛合金用复合坩埚内衬及其制造方法。
背景技术：
钛及钛合金真空反重力铸造成形工艺的优势随着铸件品质需求增加而逐渐显现出来，尤其在航空、航天、医疗器械、汽车等领域。但钛及钛合金的熔点高，并且熔融状态下化学活性非常高，几乎可以与目前现有的工程材料均发生反应，因此其熔炼难度特别大。目前工业应用的钛及钛合金熔炼方式主要是真空自耗电极凝壳熔炼和真空非自耗电极冷坩埚熔炼方式(包括强制水冷铜坩埚熔炼和非水冷氧化物、氮化物坩埚熔炼)。对于真空自耗电极凝壳熔炼，由于电极的引入位置与真空反重力成形过程升液管位置冲突，因此在实际钛及钛合金真空反重力成形中极少应用。强制水冷冷坩埚熔炼钛及钛合金熔体耗能巨大，能量利用率低，坩埚内钛及钛合金熔体温差巨大，顶部温度较低，表面合金层熔体过热度只有几十度至一百度左右，而且冷却很快，表面熔体较低的过热度经常导致升液管进入熔体后，经输液冻在顶部，进而导致无法完成整个反重力成形工艺过程，严重的还会导致设备损坏。为解决上述问题有人提出采用氧化钙坩埚来熔炼钛及钛合金，但对于高品质铸件含氧量会超标。为了降低含氧量人们又在氧化钙坩埚表面涂刷氧化钇涂料或氮化硼涂料，但是由于工艺限制、涂层较薄，涂料与氧化钙坩埚的热胀系数存在差异，合金熔炼过程产生热应力梯度过大，加之真空反重力铸造需要长时间保持较大熔池，熔体的冲刷作用强烈，这些都会导致涂层开裂、脱落，浇铸出的铸件易产生夹杂缺陷，严重时导致铸件报废，目前钛及钛合金熔化用的坩埚内衬的技术现状无法满足真空反重力铸造生产的工艺要求。因此，制造适合真空反重力铸造钛及钛合金用坩埚内衬具有重大的实际应用价值，特别是在现有科技水平和坩埚制备技术条件下，有必要开发新的坩埚内衬使其能保持纯净的合金成分同时解决坩埚内表面热应力梯度大易开裂、脱落的问题。本发明引入梯度思想，能解决钛及钛合金真空反重力铸造成形过程冷坩埚内外应力梯度巨大，导致坩埚表面开裂、脱落的问题，采用本发明的梯度内衬制造的坩埚抗裂、抗脱落、冲刷能力强，合金熔化后不粘结坩埚，合金成分纯净稳定，可长时间保持大熔池，能满足钛及钛合金真空反重力铸造用坩埚内衬的要求，制作工艺成熟、设备简单、性能稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种真空反重力铸造钛及钛合金用复合坩埚内衬及其制造方法，为解决目前真空反重力铸造钛及钛合金时使用的复合坩埚易出现表面开裂、脱落的问题。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:方案一:所述坩埚内衬由氧化钇、氧化锆和氧化钙 构成，所述坩埚内衬由内至外氧化钇的质量百分比由100 %依次减少至20 %，氧化锆和氧化钙的质量百分比由0 %依次增加至80 % ；方案二:所述方法包括如下步骤:步骤一、将无水乙醇和聚乙烯醇配成混合液A，其中无水乙醇与聚乙烯醇的体积份数比为(95-99): (1-5)，所述混合液A与氧化钇球磨混合均匀，其中混合液A的体积与氧化钇粉的质量比为(l-lOO)ml: 100g，氧化钇粉的粒度为325-1000目，在模具中压制成氧化钇单体内层，厚度在1_3_ ；步骤二、将氧化钇、氧化锆和氧化钙粉构成混合粉料B，其中氧化锆和氧化钙占混合粉料B的质量百分比为75-95%，混合粉料B与无水乙醇球磨混合均匀，其中混合粉料B的质量与无水乙醇的体积比例为IOOg: (2-100)ml，混合粉料B的粒度为275-1000目？，与步骤一中所制备的氧化钇单体内层一起压制成素坯，压力为5-20MPa，氧化钇单体内层在最内，新素还厚度增加控制在1-1.5mm范围内；步骤三、将氧化钇、氧化锆和氧化钙粉构成混合粉料X，其中氧化钙和氧化锆占混合粉料X的质量百分比为上一步骤中增加5% 25%，混合粉料X与前一步骤中制备的素坯一起压制成新的素坯，其中压力大于上一步骤成型时使用的压力的5 %-30 %，混合粉料X始终分布在素坯的最外层，新素坯厚度增加控制在1-1.5mm范围内，混合粉料X的粒度为475-5 目；步骤四、依据需要重复步骤三的工艺过程，直到素坯厚度满足设计要求为止；步骤五、压制好的素坯经烘干、焙烧即得到内衬单体，其中压制好的素坯最终成型压力范围在IOMPa-1OOMPa,烘干温度为120°C _180°C，时间为1_24小时，焙烧温度为4200C _680°C，时间为 1-6 小时；步骤六、将烧结后的内衬单体组合即形成坩埚内衬。本发明具有以下有益效果:(1)梯度内衬由内向外由氧化钇、氧化锆和氧化钙组成梯度结构，热应力通过梯度分布缓解了材料热胀系数不匹配的问题，压制成坩埚高温烧结后，内表面抗裂性好、抗冲刷能力强，坩埚使用寿命长。(2)梯度内衬最内层为氧化钇，与钛及钛合金的化学稳定性好。合金成分均匀，性倉急(3)梯度内衬可分割组装，减小了单环的成型难度，使后续坩埚设计更加灵活，所需设备简单，产品质量稳定性好，适合大批量生产。(4)梯度内衬在制作坩埚时可以经一步与背层或支撑层烧结为整体使用寿命大幅提闻。
图1是本发明坩埚内衬的整体结构主视图，图2是本发明方法的流程图。
具体实施例方式具体实施方式
一:本实施方式的坩埚内衬由氧化钇、氧化锆和氧化钙构成，所述坩埚内衬由内至外氧化钇的质量百分比由100%依次减少至20%，氧化锆和氧化钙的质量百分比由0 %依次增加至80 %。
具体实施方式
二:本实施方式的坩埚内衬厚度为6mm时，由内至外厚度范围为0-3mm时氧化钇的 质量百分比为100 % ;厚度范围为3-4.5mm时氧化钇的质量百分比90% -99%，氧化锆和氧化钙的质量百分比为1% -10% ;厚度范围为4.5-6mm时氧化钇的质量百分比80% _89%，氧化锆和氧化钙的质量百分比为11% _20%，此方法的优点是梯度内衬由内向外由氧化钇、氧化锆和氧化钙组成梯度结构，热应力通过梯度分布缓解了材料热胀系数不匹配的问题，压制成坩埚高温烧结后，内表面抗裂性好、抗冲刷能力强，坩埚使用寿命长。其它实施方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三:结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的方法包括如下步骤:步骤一、将无水乙醇和聚乙烯醇配成混合液A，其中无水乙醇与聚乙烯醇的体积份数比为(95-99): (1-5)，所述混合液A与氧化钇球磨混合均匀，其中混合液A的体积与氧化钇粉的质量比为(l-100)ml: 100g，氧化钇粉的粒度为325-1000目，在模具中压制成氧化钇单体内层，厚度在l_3mm ；步骤二、将氧化钇、氧化锆和氧化钙粉构成混合粉料B，其中氧化锆和氧化钙占混合粉料B的质量百分比为75-95%，混合粉料B与无水乙醇球磨混合均匀，其中混合粉料B的质量与无水乙醇的体积比例为IOOg: (2-100)ml，混合粉料B的粒度为275-1000目？，与步骤一中所制备的氧化钇单体内层一起压制成素坯，压力为5-20MPa，氧化钇单体内层在最内，新素还厚度增加控制在1-1.5mm范围内；步骤三、将氧化钇、氧化锆和氧化钙粉构成混合粉料X，其中氧化钙和氧化锆占混合粉料X的质量百分比为上一步骤中增加5% -25%，混合粉料X与前一步骤中制备的素坯一起压制成新的素坯，其中压力大于上一步骤成型时使用的压力的5 %-30 %，混合粉料X始终分布在素坯的最外层，新素坯厚度增加控制在1-1.5mm范围内，混合粉料X的粒度为475-5 目；步骤四、依据需要重复步骤三的工艺过程，直到素坯厚度满足设计要求为止；步骤五、压制好的素坯经烘干、焙烧即得到内衬单体1，其中压制好的素坯最终成型压力范围在IOMPa-1OOMPa,烘干温度为120°C _180°C，时间为1_24小时，焙烧温度为4200C _680°C，时间为 1-6 小时；步骤六、将烧结后的内衬单体I组合即形成坩埚内衬。
具体实施方式
四:结合图2说明本实施方式，本实施方式的真空反重力铸造钛及钛合金用复合坩埚内衬的制造方法，其特征在于步骤一中所用的氧化钇粉为425目。此步骤的优点是与钛及钛合金的化学稳定性好，得到合金成分均匀，铸件性能稳定。其它实施方式与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
五:结合图2说明本实施方式，本实施方式的步骤一中无水乙醇与聚乙烯醇的体积份数比为95: 5。此步骤的优点是无水乙醇挥发后可以充分发挥聚乙烯醇的粘结效果。其它实施方式与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
六:结合图2说明本实施方式，本实施方式的步骤一中混合液A的体积与氧化钇粉的质量比为25ml: IOOgo此步骤的优点是后续过程压制氧化钇单体更易成型。其它实施方式与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
七:结合图2说明本实施方式，本实施方式的步骤一中混合均匀后在模具中压制成氧 化钇单体内层，厚度为2mm，成型压力16MPa。此步骤的优点是氧化钇单体内层更加紧实度高且容易脱模。其它实施方式与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
八:结合图2说明本实施方式，本实施方式的步骤二中混合粉料B的质量与无水乙醇的体积比例为IOOg: 25ml。此步骤的优点是混合粉料B更加容易混合均勻。其它实施方式与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
九:结合图2说明本实施方式，本实施方式的步骤二中氧化钇、氧化锆和氧化钙中粉料的质量份数比为90: 8: 2。此步骤的优点是在氧化钇单体内层外形成氧化钇逐渐减少的梯度层，使后续的各层氧化钇梯度过渡均匀。其它实施方式与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
十:结合图2说明本实施方式，本实施方式的步骤三中氧化钇粒度为400目、氧化锆粒度为270目和氧化钙粒度为300目。此步骤的优点是这样的粒度分布可以获得致密的内衬单体。其它实施方式与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
i^一:结合图2说明本实施方式，本实施方式的方法包括如下步骤:步骤一、将无水乙醇和聚乙烯醇配成混合液，无水乙醇与聚乙烯醇的体积份数比为97: 3，混合液与400目的氧化钇粉一起球磨混合，混合液的体积与氧化钇粉的质量的比例为15ml: IOOg,混合均勻后在模具中压制成氧化乾单体内层,厚度为2.5mm,成型压力15MPa ；步骤二、将氧化钇、氧化锆和氧化钙粉料与无水乙醇球磨混合均匀，氧化钇、氧化锆和氧化钙混合粉料的质量与无水乙醇的体积比为15ml: 100g，混合粉料中氧化钇、氧化锆和氧化钙的质量份数比为90: 5: 5。氧化钇的粒度为400目、氧化锆的粒度为325目和氧化钙的粒度为325目，混合均匀后与步骤一中所制备的氧化钇单体内层一起压制成素坯，成型压力18MPa。氧化钇单体内层在最内层。新素坯厚度增加1.2mm ;步骤三、增加前一步骤中氧化锆和氧化钙占混合粉料的百分比含量，使氧化钇的相对含量减少10%，粉料中氧化钇、氧化锆和氧化钙的质量份数比为80: 10: 10，氧化钇的粒度为400目、氧化锆的粒度为300目、氧化钙的粒度为270目，混合均匀后新比例粉料与前一步骤中制备的素坯一起压制成新的素坯，新混合的粉料始终分布在素坯的最外层。新素坯厚度增加1.0mm。成型压力20MPa ；步骤四、重复步骤三的工艺过程5次，每次粉料中氧化钇、氧化锆和氧化钙的相对比例(氧化钇:氧化锆:氧化钙)依次为70: 12: 18,60: 18: 22,45: 24: 31，30: 30: 40，15: 35: 50。氧化钇的粒度均为400目、氧化锆的粒度均为300目、氧化隹丐的粒度依次分别为240目、200目、180目、100目、30目。每次新素还厚度增加1.5mm。每次成型压力依次分别为24MPa、30MPa、36MPa、42MPa和50MPa。步骤五、压制好的素坯烘干温度为140°C _145°C，时间为I小时，焙烧温度为650°C，时间为3小时。即得到本发明之梯度内衬。步骤六、将烧结后的内衬单体组合即形成本发明之梯度内衬。此方法的优点是:坩埚内衬单体可自由组装，使后续坩埚设计更加灵活，单体成型难度低，所需设备简单，产品质量稳定性好，适合大批量生产。压制成坩埚高温烧结后，内表面抗裂性好、抗冲刷能力强，坩埚使用寿命长。熔炼Ti600、Till00和頂1834等高温钛合金效果良好，成分稳定。具体实施 方式十二:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤二中氧化钇、氧化锆和氧化钙中粉料的质量份数比为90: 8: 2。此步骤的优点是在氧化钇单体内层外形成氧化钇逐渐减少的梯度层，使后续的各层氧化钇梯度过渡均匀。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
十三:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤二中所用的氧化钇、氧化锆和氧化钙混合粉料的质量与无水乙醇的体积比为IOOg: 25ml，氧化钇、氧化锆和氧化钙中粉料的质量份数比为90: 7: 3。此步骤的优点是这样的比例混粉时更容易混合均匀。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
十四:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤二中氧化钇为400目、氧化锆为300目和氧化钙为300目。此步骤的优点是在氧化钇单体内层外形成氧化钇逐渐减少的梯度层，使后续的各层氧化钇梯度过渡均匀。。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
十五:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤二中氧化钇为400目、氧化锆为270目和氧化钙为300目。此步骤的优点是在氧化钇单体内层外形成氧化钇逐渐减少的梯度层，使后续的各层氧化钇梯度过渡均匀。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
十六:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤二中氧化钇为400目、氧化锆为270目和氧化钙为300目。氧化钇、氧化锆和氧化钙中粉料的质量份数比为90: 6: 4。此步骤的优点是在氧化钇单体内层外形成氧化钇逐渐减少的梯度层，使后续的各层氧化钇梯度过渡均匀。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
十七:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤三中氧化钇为400目、氧化锆为270目和氧化钙为300目。此步骤的优点是在步骤二中制备的素坯外形成过渡层，使后续的各层过渡均匀、致密。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
十八:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤三中氧化钇为400目、氧化锆为270目和氧化钙为270目。此步骤的优点是在素坯外形成过渡层，使后续的各层过渡均匀、致密。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
十九:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤三中氧化钇的相对含量减少8%，粉料中氧化钇、氧化锆和氧化钙的质量份数比为82: 8: 10。此步骤的优点是素坯外形成氧化钇逐渐减少的梯度层，使后续的各层氧化钇梯度过渡均匀。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
二十:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤三中氧化钇、氧化锆和氧化钙的质量份数比为85: 8: 7。此步骤的优点是素坯外形成氧化钇逐渐减少的梯度层，使后续的各层氧化钇梯度过渡均匀。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
二i^一:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤三中氧化钇、氧化锆和氧化钙的质量份数比为85: 8: 7，氧化钇粒度为400目、氧化锆粒度为270目和氧化钙粒度为300目。此步骤的优点是素坯外形成氧化钇逐渐减少的梯度层，使后续的各层氧化钇梯度过渡均匀、紧实度适中。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
二十二:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤四中重复步骤三的工艺过程5次，每次粉料中氧化钇、氧化锆和氧化钙的相对比例(氧化钇:氧化锆:氧化钙)依次为 70: 15: 15，60: 16: 28，45: 24: 31，30: 30: 40，15: 35: 50。此步骤的优点是制备出的内衬适合较慢速度熔化钛合金时使用，熔化时热应力可较好缓解，内表面抗裂性好 、抗冲刷能力强，坩埚使用寿命长。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
二十三:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤四中重复步骤三的工艺过程5次，每次粉料中氧化钇、氧化锆和氧化钙的质量份数比依次为70: 18: 12,60: 18: 22,45: 24: 31,30: 28: 42、15: 35: 50。此步骤的优点是制备出的内衬适合较快速度熔化钛合金时使用，熔化时热应力可较好缓解，内表面抗裂性好、抗冲刷能力强，坩埚使用寿命长。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
二十四:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤四中重复步骤三的工艺过程5次，每次粉料中氧化钇、氧化锆和氧化钙的质量份数比依次为70: 15: 15,60: 18: 22,45: 24: 31,30: 28: 42、15: 35: 50。此步骤的优点是制备出的内衬适合中等速度熔化钛合金时使用，熔化时热应力可较好缓解，内表面抗裂性好、抗冲刷能力强，坩埚使用寿命长。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
二十五:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤四中重复步骤三的工艺过程5次，氧化钇粒度依次分别为400目、375目、325目、300目、300目，氧化锆粒度均为300目和氧化钙粒度依次分别为240目、200目、180目、100目、30目。此步骤的优点是制备出的内衬适合熔化量少、小功率熔化钛合金时使用，熔化时热应力可较好缓解，内表面抗裂性好、抗冲刷能力强，坩埚使用寿命长。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
二十六:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤四中重复步骤三的工艺过程5次，氧化钇粒度依次分别为400目、375目、375目、325目、325目，氧化锆粒度均为300目和氧化钙粒度依次分别为240目、200目、180目、100目、30目。此步骤的优点是制备出的内衬适合熔化量中等、中等功率熔化钛合金时使用，熔化时热应力可较好缓解，内表面抗裂性好、抗冲刷能力强，坩埚使用寿命长。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
二十七:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤四中重复步骤三的工艺过程5次，氧化钇粒度5次分别为400目、375目、375目、325目、325目，氧化锆粒度5次均为325目和氧化钙粒度5次分别为240目，200目，180目，100目，30目。此步骤的优点是制备出的内衬适合熔化量中等、小功率熔化钛合金时使用，熔化时热应力可较好缓解，内表面抗裂性好、抗冲刷能力强，坩埚使用寿命长。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
二十八:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤四中重复步骤三的工艺过程5次，氧化钇粒度依次分别为400目、375目、375目、375目、325目，氧化锆粒度均为325目和氧化钙粒度依次分别为240目，200目，150目，100目，40目。此步骤的优点是制备出的内衬适合熔化量少、大功率熔化钛合金时使用，熔化时热应力可较好缓解，内表面抗裂性好、抗冲刷能力强，坩埚使用寿命长。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
二十九:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤四中重复步骤三的工艺过程4次，每次粉料中氧化钇、氧化锆和氧化钙的质量份数比依次为70: 12: 18,60: 18: 22，45: 24: 31,30: 30: 40，氧化钇粒度依次分别为 400 目、375目、375目、325目，氧化锆粒度均为325目和氧化钙粒度依次分别为240目，180目，100目，40目。每次新素坯厚度增加1.5mm。每次成型压力依次分别为24MPa、30MPa、36MPa、42MPa。此步骤的优点是制备出的内衬适合熔化量小、小功率熔化钛合金并且真空反重力成形压力较低时使用，坩埚内衬制备工艺简单，内表面抗裂性好、抗冲刷能力强，坩埚使用寿命长。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
三十:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤四中重复步骤三的工艺过程4次，每次 粉料中氧化钇、氧化锆和氧化钙的质量份数比依次为70: 15: 15，60: 20: 20,45: 24: 31,30: 30: 40。氧化钇粒度 4 次分别为 400 目、375 目、375目、325目，氧化锆粒度4次均为325目和氧化钙粒度4次分别为240目、180目、100目、40目。每次新素坯厚度增加1.5mm。每次成型压力分别为24MPa、30MPa、36MPa、42MPa。此步骤的优点是制备出的内衬适合熔化量小、中等功率熔化钛合金并且真空反重力成形压力较低时使用，坩埚内衬制备工艺简单，内表面抗裂性好、抗冲刷能力强，坩埚使用寿命长。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
三十一:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤四中重复步骤三的工艺过程4次，每次粉料中氧化钇、氧化锆和氧化钙的质量份数比依次为70: 15: 15，60: 18: 22，45: 22: 33，30: 28: 42，氧化钇粒度 4 次分别为 400目、375目、375目、325目，氧化锆粒度4次均为325目和氧化钙粒度4次分别为270目、180目、100目、60目。每次新素坯厚度增加1.4mm。每次成型压力分别为24MPa、30MPa、36MPa、42MPa。此步骤的优点是制备出的内衬适合熔化量小、大功率熔化钛合金并且真空反重力成形压力较低时使用，坩埚内衬制备工艺简单，内表面抗裂性好、抗冲刷能力强，坩埚使用寿命长。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
三十二:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤四中重复步骤三的工艺过程6次，每次粉料中氧化钇、氧化锆和氧化钙的质量份数比依次为70: 15: 15,60: 18: 22,45: 22: 33,30: 28: 42，15: 35: 50,5: 38: 57。氧化钇粒度6次分别为400目、375目、375目、325目、325目、325目，氧化锆粒度6次均为325目和氧化钙粒度6次分别为270目、180目、140目、100目、60目、30目。前3循环每次新素还厚度增加1.4mm,后3循环每次新素还厚度增加2mm。每次成型压力分别为24MPa、30MPa、36MPa、42MPa、50MPa、60MPa。此步骤的优点是制备出的内衬适合熔化量中等、大功率熔化高温钛合金并且真空反重力成形压力较高时使用，坩埚内表面抗裂性好、抗冲刷能力强，坩埚使用寿命长。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
三十三:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤四中重复步骤三的工艺过程6次，每次粉料中氧化钇、氧化锆和氧化钙的质量份数比依次为70: 15: 15,60: 20: 22,45: 22: 33,30: 28: 42，15: 35: 50,5: 35:60。氧化钇6次分别为400目、400目、375目、375目、325目、325目，氧化锆6次分别为325目、325目、325目、300目、300目和300目，氧化钙6次分别为270目、180目、140目、100目、60目、30目。前3循环每次新素还厚度增加1.4mm,后3循环每次新素还厚度增加2mm。每次成型压力分别为24MPa、30MPa、36MPa、42MPa、50MPa、60MPa。此步骤的优点是制备出的内衬适合熔化量大、大功率熔化钛合金并且真空反重力成形压力较高时使用，坩埚内表面抗裂性好、抗冲刷能力强，坩埚使用寿命长。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
三十四:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤五中压制好的素坯烘干温度为120°C _130°C，时间为8小时，焙烧温度为650°C，时间为3小时。此步骤的优点是内衬单体的力学性能好。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
三十五:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤五中压制好的素坯烘干温度为150°C _160°C，时间为10小时，焙烧温度为600°C，时间为4小时。此步骤的优点是内衬单体的力学性能和尺寸精度综合效果好。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
三十六:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤五中压制好的素坯烘干温度为130°C _140°C，时间为8小时，焙烧温度为600°C，时间为4小时。此步骤的优点是内衬单体的尺寸精度高。其他与具体实施方式
三相同。
权利要求
1.一种真空反重力铸造钛及钛合金用复合坩埚内衬，其特征在于所述坩埚内衬由氧化钇、氧化锆和氧化钙构成，所述坩埚内衬由内至外氧化钇的质量百分比由100 %依次减少至20 %，氧化锆和氧化钙的质量百分比由0 %依次增加至80 %。
2.根据权利要求1所述真空反重力铸造钛及钛合金用复合坩埚内衬，其特征在于所述坩埚内衬厚度为6mm时，由内至外厚度范围为0-3mm时氧化钇的质量百分比为100% ；厚度范围为3-4.5mm时氧化钇的质量百分比90% _99%，氧化锆和氧化钙的质量百分比为1% -10% ;厚度范围为4.5-6mm时氧化钇的质量百分比80% -89%，氧化锆和氧化钙的质量百分比为11% -20% o
3.—种权利要求1所述真空反重力铸造钛及钛合金用复合坩埚内衬的制造方法，其特征在于所述方法包括如下步骤:步骤一、将无水乙醇和聚乙烯醇配成混合液A，其中无水乙醇与聚乙烯醇的体积份数比为(95-99): (1-5)，所述混合液A与氧化钇球磨混合均匀，其中混合液A的体积与氧化钇粉的质量比为(l-100)ml: 100g，氧化钇粉的粒度为325-1000目，在模具中压 制成氧化钇单体内层，厚度在l-3mm; 步骤二、将氧化钇、氧化锆和氧化钙粉构成混合粉料B，其中氧化锆和氧化钙占混合粉料B的质量百分比为75-95 %，混合粉料B与无水乙醇球磨混合均匀，其中混合粉料B的质量与无水乙醇的体积比例为IOOg: (2-100)ml，混合粉料B的粒度为275-1000目？，与步骤一中所制备的氧化钇单体内层一起压制成素坯，压力为5-20MPa，氧化钇单体内层在最内，新素坯厚度增加控制在1-1.5_范围内； 步骤三、将氧化钇、氧化锆和氧化钙粉构成混合粉料X，其中氧化钙和氧化锆占混合粉料X的质量百分比为上一步骤中增加5% 25%，混合粉料X与前一步骤中制备的素坯一起压制成新的素坯，其中压力大于上一步骤成型时使用的压力的5% -30%，混合粉料X始终分布在素坯的最外层，新素坯厚度增加控制在1-1.5mm范围内，混合粉料X的粒度为475-5 目； 步骤四、依据需要重复步骤三的工艺过程，直到素坯厚度满足设计要求为止； 步骤五、压制好的素坯经烘干、焙烧即得到内衬单体(I)，其中压制好的素坯最终成型压力范围在IOMPa-1OOMPa,烘干温度为120°C _180°C，时间为1_24小时，焙烧温度为4200C _680°C，时间为 1-6 小时； 步骤六、将烧结后的内衬单体(I)组合即形成坩埚内衬。
4.根据权利要求3所述真空反重力铸造钛及钛合金用复合坩埚内衬的制造方法，其特征在于步骤一中所用的氧化钇粉为425目。
5.根据权利要求3所述真空反重力铸造钛及钛合金用复合坩埚内衬的制造方法，其特征在于步骤一中无水乙醇与聚乙烯醇的体积份数比为95: 5。
6.根据权利要求3所述真空反重力铸造钛及钛合金用复合坩埚内衬的制造方法，其特征在于步骤一中混合液A的体积与氧化钇粉的质量比为25ml: IOOg0
7.根据权利要求3所述真空反重力铸造钛及钛合金用复合坩埚内衬的制造方法，其特征在于步骤一中混合均匀后在模具中压制成氧化钇单体内层，厚度为2mm，成型压力16MPa。
8.根据权利要求3所述真空反重力铸造钛及钛合金用复合坩埚内衬的制造方法，其特征在于步骤二中混合粉料B的质量与无水乙醇的体积比例为IOOg: 25ml。
9.根据权利要求3所述真空反重力铸造钛及钛合金用复合坩埚内衬的制造方法，其特征在于步骤二中氧化钇、氧化锆和氧化钙中粉料的质量份数比为90: 8: 2。
10.根据权利要求3所述真空反重力铸造钛及钛合金用复合坩埚内衬的制造方法，其特征在于步骤 三中氧化钇粒度为400目、氧化锆粒度为270目和氧化钙粒度为300目。
全文摘要
真空反重力铸造钛及钛合金用复合坩埚内衬及其制造方法，它涉及一种钛及钛合金用复合坩埚内衬及其制造方法。该坩埚内衬及其制造方法解决目前真空反重力铸造钛及钛合金时使用的复合坩埚易出现表面开裂、脱落的问题。方案一坩埚内衬由氧化钇、氧化锆和氧化钙构成；方案二混合液A与氧化钇球磨混合均匀，在模具中压制成氧化钇单体内层；混合粉料B与无水乙醇球磨混合均匀，与步骤一中所制备的氧化钇单体内层一起压制成素坯；混合粉料X与前一步骤中制备的素坯一起压制成新的素坯；步骤四、依据需要重复步骤三的工艺过程；压制好的素坯经烘干、焙烧即得到内衬单体；内衬单体组合后即形成坩埚内衬。本发明用于真空反重力铸造钛及钛合金成形领域。
文档编号F27B14/10GK103224396SQ20131012515
公开日2013年7月31日 申请日期2013年4月11日 优先权日2013年4月11日
发明者邹鹑鸣, 魏尊杰, 王宏伟, 朱兆军 申请人:哈尔滨工业大学