用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型及采用其浇铸钛铝基 合金的方法 【技术领域】
本发明涉及一种浇铸金属的陶瓷铸型及用其浇铸钛铝基合金的方法。背景技术 在材料工程领域中， 控制合金的凝固过程已成为提高传统铸件性能和开发新型铸 造材料的重要途径。随着现代科学技术及应用领域对铸件性能要求的提高， 对传统铸造方 法提出了新的要求和挑战。如何创造各种外部条件， 例如压力、 温度梯度、 微重力、 超声波、 磁场、 电场等等来改善铸件的凝固组织， 组成相分布， 消除溶质偏析、 缩孔缩松、 气体和夹杂 等铸造缺陷， 挖掘铸件的性能潜力， 使铸件获得优异的使用性能， 发挥铸造之净或近净成形 的技术优势， 是目前国内外铸造和凝固科学工作者普遍关心的问题。 因此， 出现了诸如高梯 度定向凝固、 快速凝固、 超强磁场凝固、 电场和模拟空间微重力铸造等新型的凝固和铸造技 术。 其中电场凝固技术是指在液态金属凝固过程中施以电流来控制材料凝固组织和性能的
方法， 它包括在金属凝固前或者凝固过程中施加选定的电流， 如直流电流、 交流电流或者脉 冲电流 ( 电脉冲 )， 目的是实现对铸造凝固过程的控制、 组织的改善和性能的提高。但是目 前， 电场处理多局限于柱状工件， 这决定了电极引入形式限于 Jianhong Ma， Jie Li， Yulai Gao， Qijie Zhai.Grain refinement of pure Al with different electric current pulsemodesMaterials Letters， 2009， 63 ： 142-144( 翟启杰等人在 2009 年第 63 期的材料 快报第 142-144 页上刊登的 ) 中记载的图 1 中所示的几种方式。可见， 这样的电极接法势 必带来了 2 个问题 ： 1. 电场有效作用区域小 ； 2. 电场有效作用区域内电流密度不均匀。另 外就是， 电极污染液态金属的问题。
当前， 高新技术产业尤其是航空、 航天及车辆工业对材料的使用性要求越来越苛 刻， 不断要求性能优异的新材料予以辅助， 如各类高强轻质耐热材料。其中， TiAl 由于密度 小 ( ＜ 4000kg/m3)、 比强度大 ( ＞ 0.15×106N·m/kg)、 耐热温度较高 (750℃ -900℃ ) 可 以替代耐热温度较低的钛合金和密度相对较大的镍基高温合金， 是新型高温结构材料的候 选者， 例如美国 GE 公司将 TiAl 合金试用于波音 787 的 GEnx 发动机低压涡轮叶片。然而本 征脆性大、 韧性低仍然是这一类材料的典型缺陷， 也是其不能稳定应用的重要原因。 定向凝 固可以控制晶体的生长取向， 使组织按照特定方向排列， 获得单向及单晶结构， 明显改善材 料的力学性能。 理论分析表明， 全片层组织的定向凝固 TiAl， 当片层方向与加载轴完全平行 时具有最佳的综合力学性能， 尤其是室温拉伸延长率可由 0.2％左右提高至 10％左右。然 而， TiAl 是一种典型的包晶体系， 凝固路径复杂， 凝固行为异常， 对其所开展的定向凝固仍 有几个难点问题没有很好解决 ： (1) 定向凝固柱晶组织的细化 ； (2) 初生相与包晶相的竞争 生长关系 ( 直接影响对固相析出片层取向的控制 )。 因此认为这是目前定向凝固 TiAl 合金 在性能方面与理论值相差较大的重要原因。发明内容 本发明的目的是为了解决现有用于电场处理下的浇铸金属的铸型中的电极接法 存在电场有效作用区域小、 电流密度分布不均匀、 电极污染金属液， 以及现有定向凝固钛铝 基合金过程中存在柱晶组织粗大、 固相析出片层取向难以很好控制的问题， 本发明提供了 一种用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型及采用其浇铸钛铝基合金的方法。
本发明的用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型， 在陶瓷铸型型腔的两个相对侧面 上分别设置与型腔的侧面形状一致的同质复合电极， 设置的两个同质复合电极均由紫铜板、 合金板和紫铜接线柱组成， 其中紫铜接线柱设置在紫铜板的一侧， 紫铜板的另一侧与合金板 焊接结合， 在其中之一个同质复合电极上设置有浇注口， 浇注口与直浇道连通 ； 设置紫铜接 线柱的紫铜板的一侧与铸型型腔的侧面连接， 紫铜接线柱横穿铸型壁并裸露在铸型外壁上。
本发明的用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型在未设置同质复合电极的另外两 个内侧面上设有钨铼热电阻测温孔 ； 本发明的用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型中合金 板的种类由陶瓷铸型处理的金属熔液成分而定， 若陶瓷铸型用于处理钛铝合金， 则合金板 为钛合金板或钛铝合金板 ； 若陶瓷铸型用于处理铝合金， 则合金板为铝合金板 ； 若陶瓷铸 型用于处理铸铁， 则合金板为铸铁板等等， 依此类推。
本发明的用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型的紫铜接线柱在紫铜板上的最佳 位置可以通过 ANSYS 电磁场有限元计算软件进行计算得到， 通过紫铜板的厚度 D、 紫铜板电 阻率 ρ1、 紫铜板高度 W( 即铸型侧面高度 )、 两侧紫铜接线柱距离铸型上开口壁沿的距离 D1 和 D2、 两个同质复合电极间的距离 L 以及浇铸的金属的电阻率 ρ2， 计算得到两个同质复合 电极间的电流密度分布， 并得到最大电流密度 Jmax 和最小电流密度 Jmin， 则电流密度均匀性 (JAVER) 以最小电流密度 Jmin 与最大电流密度 Jmax 的比值表示， 即 JAVER ＝ Jmin/Jmax， 根据实际 生产质量需要， 可以定义 JAVER 的最小值， 当大于此最小值时即可认为两个同质复合电极间 的电流密度分布均匀 ； 比如要求 JAVER 大于 0.95 时， 认为两个同质复合电极间的电流密度分 布均匀， 从而可以得出最佳的两侧紫铜接线柱距离铸型上开口壁沿的距离 D1 和 D2， 从而确 定紫铜接线柱的位置。同时还可以得到紫铜板的厚度 D 的最佳值。总之， 当所浇铸的金属 或合金确定下来时， 其相应的物性参数包括电阻率便可确定， 即可通过 ANSYS 电磁场有限 元计算软件能够计算得到最佳的 D1 和 D2 值， 以及紫铜板的厚度 D。
本发明的用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型中同质复合电极的设置使得电场 有效作用区域变大、 电位线走势均衡， 电流密度分布均匀， 同时同质复合电极与金属熔液接 触的部分为与金属熔液同质的合金板， 解决了异质电极对金属熔液的污染， 避免了在铸造 过程中杂质金属的引入， 提高了合金铸件的质量。
本发明采用用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型浇铸钛铝基合金的方法， 是通过 以下步骤实现的 ： 一、 将用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型置于真空感应熔炼炉内， 将陶 瓷铸型外壁上的两个紫铜接线柱中的一个通过电缆接电极电源正极， 另一个紫铜接线柱通 过电缆接电极电源负极， 其中陶瓷铸型内的两个同质复合电极中的合金板均为钛铝合金板 或者钛合金板 ； 二、 按钛铝基合金成分配比称取合金原料， 其中按原子百分比包含 46％～ 50％的铝， 然后将合金原料放入真空感应熔炼炉内的水冷坩埚中， 然后将水冷铜坩埚真空 感应熔炼炉炉门关闭保持密闭 ； 三、 启动抽真空系统， 将真空感应熔炼炉的炉腔抽真空至 压力低于 0.1Pa， 然后启动真空感应熔炼炉电源， 对水冷坩埚中的合金原料进行加热熔炼
0.2h ～ 0.5h， 得熔体 ； 四、 启动电极电源， 然后将步骤三处理得的熔体浇注至用于电场处理 下浇铸金属的陶瓷铸型中， 然后电场处理 10s ～ 30min， 关闭电极电源， 冷却后将铸件取出， 即得钛铝基合金。
本发明浇铸钛铝基合金的方法步骤一中电缆通过真空感应熔炼炉的炉门将紫铜 接线柱和电极电源连接， 为了保证炉门关闭后， 真空感应熔炼炉炉腔的密闭， 在炉门封口处 设置两片铜箔， 使得真空感应熔炼炉内接紫铜接线柱的电缆与真空感应熔炼炉外电源引出 的电源在炉门处用铜箔进行导通， 同时用绝缘材料对铜箔和电缆与铜箔导通接触部分进行 绝缘保护。本发明步骤一中电极电源正极与紫铜接线柱之间的电缆上接入一个负载箱， 以 避免工作期间短路而冲击电极电源造成损坏。
本发明的浇铸钛铝基合金的方法浇铸得到的钛铝基合金的晶粒组织明显细化 ； 枝 晶间距减小， 枝晶干趋于电场方向生长。本发明在定向凝固钛铝基合金过程中能够很好地 对柱晶组织进行细化， 固相析出片层取向得到一定程度的控制。
本发明对用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型中的同质复合电极进行了电极板 发热分析， 电极上有电流流过时由 Joule 定律可知， 在电极上单位时间内产生的 Joule 热如 公式 (1) 所述 ：
其中， Q—— Joule 热 ； J——电流密度 ； σ- 电导率。
根据本发明所涉及的电极板尺寸及紫铜的电导率可知。当处理钛铝合金时， 固定 电极的几何尺寸为 0.075m×0.015m×0.01m， 在该面积的极板上通过 300A 电流时， 1 秒内产 生的 Joule 热为 ：
产生的 Joule 热与 TiAl 合金液浇铸时所释放的热量相比可以被忽略， 并不影响电 极板间金属液的凝固过程。因为产生的 Joule 热与所充填的金属熔体的凝固潜热释放及熔 体与外界的热交换相比， 一般来讲本发明涉及的几何参数中， 在实际操作中电极的几何参 数不可能很大， 所处理的熔体出于应用需要不可能体积很小， 所以这些默认的几何参数导 致电极产生的 Joule 热不可能与所处理熔体的凝固潜热及热交换在数量级上相当， 所以产 生的 Joule 热可以被忽略。
附图说明
图 1 是本发明的用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型的剖面示意图 ； 图 2 是具 体实施方式三中设置有浇注口 2-4 的同质复合电极 2 的正视图 ； 图 3 是具体实施方式三 中设置有浇注口 2-4 的同质复合电极 2 的右视图 ； 图 4 是具体实施方式十六的步骤一中 将用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型置于真空感应熔炼炉内后组成的装置示意图 ； 图 5 是具体实施方式十六中记载的对比实验的步骤一采用的具有两个型腔陶瓷铸型剖面示意图 ； 图 6 是具体实施方式十六中对比实验得到的未经电场处理的 Ti46Al0.5W0.5Si0.3Y 合金的显微组织图 ； 图 7 是具体实施方式十六中对比实验得到的经电场处理的 Ti47Al0.5W0.5Si0.3Y 合金的显微组织图， 其中 “●” 表示电场处理过程中电流 J 的方向是 垂直于 Ti47Al 合金试样测试表面向外的 ； 图 8 是具体实施方式十七中对比实验得到的未经 电场处理的 Ti47Al 合金的显微组织图 ； 图 9 是具体实施方式十七中对比实验得到的经电场 处理的 Ti47Al 合金的显微组织图， 其中 “●” 表示电场处理过程中电流 J 的方向是垂直于 Ti47Al 合金试样测试表面向外的 ； 图 10 是具体实施方式十八中对比实验得到的未经电场 处理的 Ti46Al0.5W0.5Si 合金的显微组织图 ； 图 11 是具体实施方式十八中对比实验得到的 经电场处理的 Ti46Al0.5W0.5Si 合金的显微组织图， 其中 “●” 表示电场处理过程中电流 J 的方向是垂直于 Ti46Al0.5W0.5Si 合金试样测试表面向外的 ； 图 12 是具体实施方式十六中 的陶瓷铸型中两个同质复合电极间的电流密度分布图。 具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式， 还包括各具体实施方式间的 任意组合。 具体实施方式一 ： 本实施方式结合说明书附图 1 对用于电场处理下浇铸金属的陶 瓷铸型进行说明， 用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型在陶瓷铸型型腔 1 的两个相对侧面 上分别设置与型腔 1 的侧面形状一致的同质复合电极 2， 设置的两个同质复合电极 2 均由紫 铜板 2-1、 合金板 2-2 和紫铜接线柱 2-3 组成， 其中紫铜接线柱 2-3 设置在紫铜板 2-1 的一 侧， 紫铜板 2-1 的另一侧与合金板 2-2 焊接结合， 在其中之一个同质复合电极 2 上设置有浇 注口 2-4， 浇注口 2-4 与直浇道连通 ； 设置紫铜接线柱 2-3 的紫铜板 2-1 的一侧与铸型型腔 1 的侧面连接， 紫铜接线柱 2-3 横穿铸型壁并裸露在铸型外壁上。
本实施方式的用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型中同质复合电极的设置使得 电场有效作用区域变大、 电位线走势均衡， 电流密度分布均匀， 同时同质复合电极与金属液 接触的部分为与金属液同质的合金板， 解决了异质电极对金属液的污染， 避免了在铸造过 程中杂质金属的引入， 提高了合金铸件的质量。
具体实施方式二 ： 本实施方式与具体实施方式一不同的是合金板 2-2 为钛合金 板、 钛铝合金板、 铝合金或者铸铁板等金属材质板。其它参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中合金板 2-2 的具体种类依据陶瓷铸型浇铸的金属种类而定， 即合金 板 2-2 的具体种类与陶瓷铸型浇铸的金属种类相同。
具体实施方式三 ： 本实施方式与具体实施方式一或二不同的是紫铜接线柱 2-3 设 置在紫铜板 2-1 的一侧， 其中设置有浇注口 2-4 的同质复合电极 2 上的紫铜接线柱 2-3 设 置在紫铜板 2-1 上的浇注口 2-4 的下方。其它参数与具体实施方式一或二相同。
本实施方式的设置有浇注口 2-4 的同质复合电极 2 的正视图如图 2 所示， 右视图 如图 3 所示。
具体实施方式四 ： 本实施方式与具体实施方式一、 二或三不同的是紫铜板 2-1 的 厚度 D 与陶瓷铸型型腔 1 侧面高度 W 的比值为 D ∶ W ＝ 1 ∶ 1 ～ 7， 浇铸金属的金属电阻率 -6 为 1.75×10 Ω·m。其它参数与具体实施方式一、 二或三相同。
本实施方式中浇铸金属的电阻率为 1.75×10-6Ω· m 时， 只要保证 D ∶ W ＝ 1 ∶ 1 ～
7、 两个同质复合电极间的距离 L 在 10m 以内， 两个同质复合电极间的电流密度分布均匀 (JAVER 大于 0.95)。
本 实 施 方 式 中 浇 铸 的 金 属 为 TiAl 材 料 (TiAl 材 料 的 电 阻 率 ρTiAl ＝ 1.75×10-6Ω· m) 时， 控制紫铜板高度 W 为 0.075m， 两侧紫铜接线柱距离铸型上开口壁沿的 距离 D1 和 D2 均为 0.05m， 两个同质复合电极间的距离 L 为 0.11 米， 电极接线柱半径 R ＝ 0.01m， 利用 ANSYS 电磁场有限元计算软件进行计算得到 ：
当紫铜板的厚度 D ＝ W 时， JAVER ＝ 1.00/1.00 ＝ 1
当 D ＝ W/2 时， JAVER ＝ 1.00/1.01 ＝ 0.99
当 D ＝ W/3 时， JAVER ＝ 1.00/1.02 ＝ 0.980
当 D ＝ W/5 时， JAVER ＝ 0.995/1.02 ＝ 0.975
当 D ＝ W/6 时， JAVER ＝ 0.992/1.03 ＝ 0.963
当 D ＝ W/7 时， JAVER ＝ 0.988/1.03 ＝ 0.959
当 D ＝ W/10 时， JAVER ＝ 0.978/1.04 ＝ 0.940
当 D ＝ W/15 时， JAVER ＝ 0.960/1.05 ＝ 0.914
当 D ＝ W/75 时， JAVER ＝ 0.792/1.19 ＝ 0.665 当 D ＝ W/5， D1 ＝ 0.05m， D2 ＝ 0.02m 时，
JAVER ＝ 0.993/1.02 ＝ 0.973
D ＝ W/5， D1 ＝ 0.06m， D2 ＝ 0.06m 时，
JAVER ＝ 0.988/1.02 ＝ 0.968
当 L ＝ 0.31m， D ＝ W/5， D1 ＝ 0.06m， D2 ＝ 0.06m 时，
JAVER ＝ 0.358/0.372 ＝ 0.962
当 L ＝ 2m， D ＝ W/5， D1 ＝ 0.06m， D2 ＝ 0.06m 时，
JAVER ＝ 0.560/0.582 ＝ 0.962
当 L ＝ 10m， D ＝ W/5， D1 ＝ 0.06m， D2 ＝ 0.06m 时，
JAVER ＝ 112/116 ＝ 0.965
当 D ＝ W/7， L ＝ 10m， D1 ＝ 0.06m， D2 ＝ 0.06m 时，
JAVER ＝ 111/117 ＝ 0.948
如果生产实践证明， 当 JAVER ＞ 0.95 时电场作用区内的电流密度是均匀的。 则由以 上分析可得出 TiAl 合金的电极尺寸结构关系的经验公式 ：
D ＞ W/7 时， JAVER ＞ 0.95(R ≥ 0.01m， L ≤ 10m)
此上述经验公式满足时， JAVER 将不受电极接线柱位置变化即 D1 及 D2 的影响， 同时 也不受电极作用区长度 L 大小的影响。依据此判据， 可根据实际应用的需要方便地制定电 极的几何尺寸， 并达到最大的电场有效作用区， 充分利用电场所提供的最大能量。
具体实施方式五 ： 本实施方式与具体实施方式一、 二或三不同的是紫铜板 2-1 的 厚度 D 与陶瓷铸型型腔 1 侧面高度 W 的比值为 D ∶ W ＝ 1 ∶ 1 ～ 55， 浇铸金属的金属电阻 -5 率为 1.78×10 Ω·m。其它参数与具体实施方式一、 二或三相同。
本实施方式中浇铸金属的电阻率 (/Ω· m) 为 1.78×10-5Ω· m 时， 只要保证 D ∶ W ＝ 1 ∶ 1 ～ 55、 两个同质复合电极间的距离 L 在 10m 以内， 两个同质复合电极间的电流密度 分布均匀 (JAVER 大于 0.95)。
本实施方式中浇铸的金属材料的电阻率 ρ ＝ 1.78×10-6Ω·m) 时， 依据具体实 施方式四中所述的方法可以得到如下经验公式 ： D ＞ W/55 时， JAVER ＞ 0.95(R ≥ 0.01m， L ≤ 10m)。
此上述经验公式满足时， JAVER 将不受电极接线柱位置变化即 D1 及 D2 的影响， 同时 也不受电极作用区长度 L 大小的影响。依据此判据， 可根据实际应用的需要方便地制定电 极的几何尺寸， 并达到最大的电场有效作用区， 充分利用电场所提供的最大能量。
具体实施方式六 ： 本实施方式与具体实施方式一、 二或三不同的是紫铜板 2-1 的 厚度 D 与陶瓷铸型型腔 1 侧面高度 W 的比值为 D ∶ W ＝ 1 ∶ 1 ～ 1.35， 浇铸金属的金属电 -7 阻率为 1.75×10 Ω·m。其它参数与具体实施方式一、 二或三相同。 -7
本实施方式中浇铸金属的电阻率为 1.75×10 Ω· m 数量级时， 只要保证 D ∶ W ＝ 1 ∶ 1 ～ 1.35、 两个同质复合电极间的距离 L 在 10m 以内， 两个同质复合电极间的电流密度 分布均匀 (JAVER 大于 0.95)。
本实施方式中浇铸的金属材料的电阻率 ρ ＝ 1.75×10-7Ω·m 时， 依据具体实 施方式四中所述的方法可以得到如下经验公式 ： D ＞ W/1.35 时， JAVER ＞ 0.95(R ≥ 0.01m， L ≤ 10m)。
此上述经验公式满足时， JAVER 将不受电极接线柱位置变化即 D1 及 D2 的影响， 同时 也不受电极作用区长度 L 大小的影响。依据此判据， 可根据实际应用的需要方便地制定电 极的几何尺寸， 并达到最大的电场有效作用区， 充分利用电场所提供的最大能量。
根据上述具体实施方式四至具体实施方式五中记载可知， 当我们确定用于电场处 理下浇铸金属的陶瓷铸型用于浇铸的金属种类之后， 利用 ANSYS 电磁场有限元计算软件， 通过改变不同的陶瓷铸型的各个参数值， 能够得到关于 D 与 W 的经验公式， 在满足经验公式 中 D 与 W 的关系下， 则电极紫铜接线柱的位置 D1 及 D2、 及铸型长度 L 均不影响 JAVER 值。
具体实施方式七 ： 本实施方式是采用如具体实施方式一所述的用于电场处理下浇 铸金属的陶瓷铸型浇铸钛铝基合金的方法， 结合附图 4 进行说明浇铸钛铝基合金的方法是 通过以下步骤实现的 ： 一、 将用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型 3 置于真空感应熔炼炉 4 内的固定耐火板 13 上， 将陶瓷铸型 3 外壁上的两个紫铜接线柱 2-3 中的一个通过电缆 5 接电极电源 6 正极， 另一个紫铜接线柱 2-3 通过电缆 5 接电极电源 6 负极， 其中陶瓷铸型 3 内的两个同质复合电极 2 中的合金板 2-2 均为钛铝合金板或者钛合金板， 固定耐火板 13 固 定在支架 14 上 ； 二、 按钛铝基合金成分配比称取合金原料， 其中按原子百分比包含 46％～ 50％的铝， 然后将合金原料放入真空感应熔炼炉 4 内的水冷坩埚 11 中， 然后将真空感应熔 炼炉 4 炉门关闭保持密闭 ； 三、 启动抽真空系统 12， 将真空感应熔炼炉 4 的炉腔抽真空至压 力低于 0.1Pa， 然后启动真空感应熔炼炉 4 电源， 对水冷坩埚 11 中的合金原料进行加热熔 炼 0.2h ～ 0.5h， 得熔体 ； 四、 启动电极电源 6， 然后将步骤三处理得的熔体浇注至用于电场 处理下浇铸金属的陶瓷铸型 3 中， 然后电场处理 10s ～ 30min， 关闭电极电源 6， 冷却后将铸 件取出， 即得钛铝基合金坯锭。
本实施方式的浇铸钛铝基合金的方法浇铸得到的钛铝基合金的晶粒组织明显细 化； 枝晶间距减小。 本发明在定向凝固钛铝基合金过程中能够很好地对柱晶组织进行细化， 固相析出片层取向得到一定程度的控制。
具体实施方式八 ： 本实施方式与具体实施方式七不同的是步骤一中电缆 5 通过真空感应熔炼炉 4 的炉门将紫铜接线柱 2-3 和电极电源 6 连接， 在炉门封口处设置两片紫铜 箔 8， 使得真空感应熔炼炉 4 内接紫铜接线柱 2-3 的电缆 5 与真空感应熔炼炉 4 外电极电 源 6 引出的电缆 5 在炉门处用紫铜箔 8 进行导通， 同时用绝缘材料 9 对紫铜箔 8 以及电缆 5 与紫铜箔 8 导通接触部分进行绝缘保护， 再用真空密封圈 10 对炉门处进行密封。其它步 骤及参数与具体实施方式七相同。
本实施方式能够保证炉门关闭后真空感应熔炼炉炉腔的密闭，
具体实施方式九 ： 本实施方式与具体实施方式八不同的是用绝缘材料对铜箔以及 电缆与铜箔导通接触部分进行绝缘保护中使用的绝缘材料 9 为聚四氟乙烯薄膜。其它步骤 及参数与具体实施方式八相同。
具体实施方式十 ： 本实施方式与具体实施方式七、 八或九不同的是步骤一中电极 电源 6 正极与紫铜接线柱 2-3 之间的电缆 5 上接入一个负载箱 7。其它步骤及参数与具体 实施方式七、 八或九相同。本实施方式接入负载箱的目的是避免工作期间短路而冲击电极 电源造成损坏。
具体实施方式十一 ： 本实施方式与具体实施方式七至十之一不同的是步骤二中钛 铝基合金为 Ti46Al0.5W0.5Si0.3Y、 Ti46Al0.5W0.5Si、 Ti47Al、 Ti47Al5Nb、 Ti47Al1Nb 或者 Ti47Al3Nb 等 γ-TiAl 基合金。其它步骤及参数与具体实施方式七至十之一相同。 本实施方式中记载的钛铝基合金中的数字为其后的金属元素所占的原子个数百 分比， 余量为 Ti。
具体实施方式十二 ： 本实施方式与具体实施方式七至十一之一不同的是步骤三中 对水冷坩埚 11 中的合金原料进行加热熔炼 0.3h。其它步骤及参数与具体实施方式七至 十一之一相同。
具体实施方式十三 ： 本实施方式与具体实施方式七至十二之一不同的是步骤四中 电场处理 1min ～ 20min。其它步骤及参数与具体实施方式七至十二之一相同。
具体实施方式十四 ： 本实施方式与具体实施方式七至十二之一不同的是步骤四中 电场处理 8min ～ 15min。其它步骤及参数与具体实施方式七至十二之一相同。
具体实施方式十五 ： 本实施方式与具体实施方式七至十二之一不同的是步骤四中 电场处理 12min。其它步骤及参数与具体实施方式七至十二之一相同。
具体实施方式十六 ： 本实施方式是采用用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型浇铸 Ti46Al0.5W0.5Si0.3Y 合金的方法， 结合附图 4 进行说明浇铸钛铝基合金的方法是通过以 下步骤实现的 ： 一、 将用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型 3 置于真空感应熔炼炉 4 内的 固定耐火板 13 上， 将陶瓷铸型 3 外壁上的两个紫铜接线柱 2-3 中的一个通过电缆 5 接电 极电源 6 正极， 另一个紫铜接线柱 2-3 通过电缆 5 接电极电源 6 负极， 其中电极电源 6 正 极与紫铜接线柱 2-3 之间的电缆 5 上接入一个负载箱 7， 在炉门封口处设置两片紫铜箔 8， 使得真空感应熔炼炉内接紫铜接线柱的电缆 5 与真空感应熔炼炉外电极电源引出的电缆 5 在炉门处用紫铜箔 8 进行导通， 同时用绝缘材料 9 对紫铜箔 8 以及电缆 5 与紫铜箔 8 导 通接触部分进行绝缘保护， 再用真空密封圈 10 对炉门处进行密封， 其中陶瓷铸型 3 内的两 个同质复合电极 2 中的合金板 2-2 均为钛合金板， 固定耐火板 13 固定在支架 14 上 ； 二、 按 Ti46Al0.5W0.5Si0.3Y 合金成分的原子个数百分比配比称取合金原料， 然后将合金原料放 入真空感应熔炼炉内的水冷坩埚 11 中， 然后将真空感应熔炼炉炉门关闭保持密闭 ； 三、 启
动抽真空系统 12， 将真空感应熔炼炉 4 的炉腔抽真空至压力低于 0.1Pa， 然后启动真空感应 熔炼炉电源， 对水冷坩埚 11 中的合金原料进行加热熔炼 0.3h ～ 0.4h， 得熔体 ； 四、 启动电 极电源 6， 然后将步骤三处理得的熔体浇注至用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型 3 中， 然 后电场处理 5min， 关闭电极电源， 冷却后将铸件取出， 即得 Ti46Al0.5W0.5Si0.3Y 合金。
本实施方式步骤一采用的用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型 3 的结构与具 体实施方式一所述的陶瓷铸型的结构一样， 其中紫铜板的厚度 D 为 11mm(D ＞ W/7)， 采用 ANSYS 电磁场有限元计算软件分析得到的陶瓷铸型中两个同质复合电极间的电流密度分布 如图 12 所示， 由图 12 可见， 两个同质复合电极间的电流密度分布线均匀。
本实施方式步骤一中将用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型置于真空感应熔炼 炉内后组成的装置示意图， 如图 4 所示。
作为对比， 进行如下对比实验 ： 与上述具体实施方式十六的步骤不同的是 ： 将步 骤一中采用的陶瓷铸型为具有两个型腔的铸型， 其中之一型腔 I 与具体实施方式十六步骤 一的用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型一样， 另一个型腔 II 为与型腔 I 的几何尺寸一 样的普通陶瓷铸型， 两个型腔共用一个浇注口， 如图 5 所示。其余步骤及参数与具体实施 方式十六相同。对比实验得到经电场处理的 Ti46Al0.5W0.5Si0.3Y 合金 ( 与具体实施方 式十六得到的 Ti46Al0.5W0.5Si0.3Y 合金一样 ) 和未经电场处理的 Ti46Al0.5W0.5Si0.3Y 合金， 对比实验得到的两种合金的显微组织图如图 6 和图 7， 图 6 是未经电场处理的 Ti46Al0.5W0.5Si0.3Y 合金的显微组织图， 图 7 是经电场处理的 Ti46Al0.5W0.5Si0.3Y 合 金的显微组织图， 其中取样位置均选在垂直于两端同质复合电极连线的中垂线上。对比图 6 和图 7 可知， 将电场处理后的 Ti46Al0.5W0.5Si0.3Y 合金晶粒明显细化， 由原来的 300μm 降为 200μm。
具体实施方式十七 ： 本实施方式是采用用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸型浇铸 Ti47Al 合金的方法， 与具体实施方式十六不同的是 ： 步骤二中按 Ti47Al 合金成分的原子个 数百分比配比称取合金原料 ； 步骤四中然后电场处理 5min。其它步骤及参数与具体实施方 式十六相同。
本实施方式得到经电场处理的 Ti47Al 合金。
本实施方式同样采用具体实施十六中记载的对比实验中采用的具有两个型腔的 铸型进行对比实验， 得到经电场处理的 Ti47Al 合金 ( 与具体实施方式十七得到的 Ti47Al 合金一样 ) 和未经电场处理的 Ti47Al 合金， 对比实验得到的两种合金的显微组织图如图 8 和图 9， 图 8 是未经电场处理的 Ti47Al 合金的显微组织图， 图 9 是经电场处理的 Ti47Al 合 金的显微组织图， 其中取样位置均选在垂直于两端同质复合电极连线的中垂线上。对比图 8 和图 9 可知， Ti47Al 合金的显微组织， 众所周知其室温组织为 γ+(α2/γ) 双相组织， 在 经电场处理后， 晶粒明显细化， 由未处理的 400μm-500μm 降为 50μm-100μm。
具体实施方式十八 ： 本实施方式是采用用于电场处理下浇铸金属的陶瓷铸 型 浇 铸 Ti46Al0.5W0.5Si 合 金 的 方 法， 与具体实施方式十六不同的是 ： 步骤二中按 Ti46Al0.5W0.5Si 合金成分的原子个数百分比配比称取合金原料 ； 步骤四中然后电场处理 4min。其它步骤及参数与具体实施方式十六相同。
本实施方式得到经电场处理的 Ti46Al0.5W0.5Si 合金。
本实施方式同样采用具体实施十六中记载的对比实验中采用的具有两个型腔的铸型进行对比实验， 得到经电场处理的 Ti46Al0.5W0.5Si 合金 ( 与具体实施方式十八得 到的 Ti46Al0.5W0.5Si 合金一样 ) 和未经电场处理的 Ti46Al0.5W0.5Si 合金， 对比实验得 到的两种合金的显微组织图如图 10 和图 11， 图 10 是未经电场处理的 Ti46Al0.5W0.5Si 合金的显微组织图， 图 11 是经电场处理的 Ti46Al0.5W0.5Si 合金的显微组织图， 其中 取样位置均选在垂直于两端同质复合电极连线的中垂线上。对比图 10 和图 11 可知， Ti46Al0.5W0.5Si 合金在电场作用下， 发达的树枝晶组织消失， 变为细小等轴晶。电场细化 效果显著。