CN103759991B - 铸造高温合金标准物质中痕量元素砷的均匀性控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种铸造高温合金标准物质中痕量元素砷的均匀性控制方法，本发明利用MgO坩埚和石墨锭模，以组成合金的高纯金属原材料和氧化砷，采用真空感应熔炼工艺制备标准物质，利用热电偶测定熔池温度，通过调节真空感应炉的功率来控制熔炼过程。采用本方法熔炼的含砷铸造高温合金标准物质，经过相关检测，标准物质主要元素化学成分和痕量元素砷得到有效控制，痕量元素砷均匀一致性好，表面无微裂纹，铸锭中心无肉眼可见的缩孔，质量优异。

Description

铸造高温合金标准物质中痕量元素砷的均匀性控制方法

技术领域

本发明是一种铸造高温合金标准物质中痕量元素砷的均匀性控制方法，属于真空冶金熔炼技术领域，用于制备化学成分分析用铸造高温合金的标准物质，该标准物质中的痕量化学分析元素是砷。

背景技术

铸造高温合金是制造航空涡轮发动机热端部件和航天发动机各种关键部件的基本材料。随着铸造高温合金的工程化应用，其杂质元素含量要求越来越严格，砷元素是其中之一，由于镍基高温合金中痕量元素砷的含量和分布情况对其性能影响显著，所以对砷元素成分分析是产品质量控制的重要部分，但是目前检测方法精度只能满足0.0005%～0.001%范围内砷的分析，对于0.0005%以下砷的分析，缺少标准物质用于校准分析仪器、评价检测方法、确定高温合金成分量值和质量控制。砷属于低熔点易挥发元素，在真空气氛下不易加入，需要极快的加入速度，同时浇注后为了避免凝固偏析，又需要极快的冷却速度，如何既满足高温合金主成分要求又要保证痕量元素砷的均匀一致性加入，对合金熔炼技术提出了更高的要求。目前国内没有该种铸造高温合金的标准物质。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种铸造高温合金标准物质中痕量元素砷的均匀性控制方法，其目的在于提供一种高均匀性含砷质量分数不大于0.0005%的铸造高温合金标准物质。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种铸造高温合金标准物质中痕量元素砷的均匀性控制方法，其特征在于：

该方法的步骤是：

⑴配料

按航标HB/Z131-2004选取原材料，并按配比称取，元素砷以化合物As₂O₃加入，As含量为50%～80%；

⑵制备锭模

锭模采用石墨材料制备，外观为直径50mm～300mm、高度为200mm～800mm的圆柱体(1)，在圆柱体(1)内沿轴向加工多个均匀分布的盲孔(2)，盲孔(2)的直径为1mm～30mm，高度为100mm～600mm，相邻盲孔(2)的中心间距为20mm～40mm；

⑶装料

坩埚以MgO材料预制成型，碳、铬原材料在100℃～300℃下保温1h～10h，按铸造高温合金熔炼工艺将原材料加入到坩埚中，将铝、铪原材料和As₂O₃放入加料漏斗；

对锭模进行预热，预热温度为600℃～950℃，保持2小时以上；

⑷熔炼

把锭模放置在真空炉浇注位置后合好炉盖，熔炼前对真空炉预抽真空到0.5Pa～20Pa，慢功率送电熔化原材料，以不产生喷溅为准，原料化清后，送电升温到1500℃～1600℃，保持该精炼温度10分钟～40分钟，去除钢水中的有害气体和杂质，停电降低温度到1400℃～1500℃，加入铝、铪，送电1min～10min，然后控制钢水温度在1400℃～1450℃时加入As₂O₃，送电30秒～5分钟；

⑸浇注

保持送电状态，将钢水温度控制在高温合金熔点温度以上50℃～150℃，翻转坩埚将钢水快速浇注在石墨锭模中，浇注完毕后，立即打开炉盖破真空，取出锭模，空冷；

所述送电是指加热功率为10Kw～50Kw。

该种方法采用MgO预制成型坩埚，以纯金属为原材料，在真空条件下，以热电偶测定钢水温度，通过配料计算、原材料预处理、锭模设计制作、装料、抽真空、送电化料、精炼、合金化、加入砷化合物、浇注工序，在真空感应炉中熔炼一种铸造高温合金标准物质。

本发明技术方案的有益效果是：

主要化学元素成分稳定均匀，砷采用氧化砷方式加入，加入方式可靠，采用石墨锭模，可有效散热，加快冷却速度，避免合金凝固过程砷元素产生宏观偏析，操作简便，质量优良，成本低。

附图说明

图1为本发明方法使用的锭模的结构示意图

图2为图1的俯视图

具体实施方式

以DD6高温合金为例，结合附图对本发明技术方案作进一步地详述：

该种铸造高温合金标准物质中痕量元素砷的均匀性控制方法，其特征在于：

该方法的步骤是：

⑴配料

按航标HB/Z131-2004选取原材料，原材料如下：

碳：高纯石墨中的碳光谱电极

铬：金属铬质量分数不小于99%

钴：钴板的质量分数不小于99.65%

钨：钨条选用牌号W-1

钼：钼条选用牌号Mo-1

铝：铝锭的质量分数不小于99.99%

铼：铼条的质量分数不小于99.99%

钽：钽条的质量分数不小于99.7%

铪：海绵铪的质量分数不小于99%

镍：镍板的质量分数不小于99.96%

砷：As₂O₃中砷含量为50%～80%

并按以下配比进行称料：

wt（C）%=0.001～0.2

wt（Cr）%=3～8

wt（Co）%=4.0～10.0

wt（W）%=4.0～10.0

wt（Mo）%=0.5～7.0

wt（Al）%=3.0～8.0

wt（Re）%=0.5～5.0

wt（Hf）%=0.02～2.0

wt（Nb）%=0.1～3.0

wt（Ta）%=2.0～12.0

wt（As）%=0.005～0.10

余量是Ni；

⑵制备锭模

锭模采用石墨材料制备，外观为直径50mm～300mm、高度为200mm～800mm的圆柱体(1)，在圆柱体(1)内沿轴向加工多个均匀分布的盲孔(2)，盲孔(2)的直径为1mm～30mm，高度为100mm～600mm，相邻盲孔(2)的中心间距为20mm～40mm；

⑶装料

坩埚以MgO材料预制成型，将光谱电极碳棒、金属铬在100℃～300℃下保温1h～10h烘烤，坩埚中加料顺序为镍板垫底，依次装入钴板、钨条、钼条、钽条、铼条、光谱电极碳棒和金属铬，铝锭、金属铪和As₂O₃单独用铝箔包好，分别放入加料漏斗；

对锭模进行预热，预热温度为600℃～950℃，保持2小时以上；

⑷熔炼

把锭模放置在ZG-25Kg真空感应炉浇注台后合好炉盖，熔炼前开启低真空机械泵预抽真空到0.5Pa～20Pa，功率调节由小到大，在20Kw～50Kw功率下慢慢送电熔化原料，以不产生喷溅为准，原料化清后，送电升温到1500℃～1600℃，保持该精炼温度10分钟～40分钟，去除钢水中的有害气体和杂质，停电1分钟～20分钟，降低温度到1400℃～1500℃，转动加料漏斗加入铝、铪，送电1min～10min，采用热电偶测量钢液温度，然后控制钢水温度在1400℃～1450℃时转动加料漏斗加入As₂O₃，送电30秒～5分钟；

⑸浇注

保持送电状态，将钢水温度控制在高温合金熔点温度以上50℃～150℃，调节坩埚方向，翻转坩埚将钢水快速浇注在石墨锭模中，浇注完毕后，立即打开放气阀门，开启炉盖破真空，取出锭模，空冷；

所述送电是指加热功率为10Kw～50Kw。

利用此方法熔炼制备的铸造高温合金标准物质，经过对抽检试样的上、中、下三个部位和每个部位的外圆和中心部位的元素砷进行化学成分分析检测定值，标准物质痕量元素砷均匀一致性好，控制方法有效，标准物质表面无目视可见的裂纹和缩孔，质量优异。

Claims (1)

1.一种铸造高温合金标准物质中痕量元素砷的均匀性控制方法，其特征在于：

该方法的步骤是：

⑴配料

按航标HB/Z131-2004选取原材料，并按配比称取，元素砷以化合物As₂O₃加入，As含量为50％～80％；

⑵制备锭模

锭模采用石墨材料制备，外观为直径50mm～300mm、高度为200mm～800mm的圆柱体(1)，在圆柱体(1)内沿轴向加工多个均匀分布的盲孔(2)，盲孔(2)的直径为1mm～30mm，高度为100mm～600mm，相邻盲孔(2)的中心间距为20mm～40mm；

⑶装料

坩埚以MgO材料预制成型，碳、铬原材料在100℃～300℃下保温1h～10h，按铸造高温合金熔炼工艺将原材料加入到坩埚中，将铝、铪原材料和As₂O₃放入加料漏斗；

对锭模进行预热，预热温度为600℃～950℃，保持2小时以上；

⑷熔炼

把锭模放置在真空炉浇注位置后合好炉盖，熔炼前对真空炉预抽真空到0.5Pa～20Pa，在20Kw～50Kw功率下慢慢送电熔化原材料，以不产生喷溅为准，原料化清后，送电升温到1500℃～1600℃，保持该精炼温度10分钟～40分钟，去除钢水中的有害气体和杂质，停电降低温度到1400℃～1500℃，加入铝、铪，送电1min～10min，然后控制钢水温度在1400℃～1450℃时加入As₂O₃，送电30秒～5分钟；

⑸浇注

保持送电状态，将钢水温度控制在高温合金熔点温度以上50℃～150℃，翻转坩埚将钢水快速浇注在石墨锭模中，浇注完毕后，立即打开炉盖破真空，取出锭模，空冷；

所述送电是指加热功率为10Kw～50Kw。