CN103981373B - 一种镍基高温合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镍基高温合金的制备方法，属于合金制备领域。一种镍基高温合金的制备方法，为电子束熔炼法，将起到合金化作用的金属原料置于电子束熔炼炉的加料装置中；将其他金属原料置于电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中。合金原料置于水冷铜坩埚中，利用电子束熔炼技术进行熔炼。与常规真空感应熔炼不同，金属熔体由于直接与水冷铜接触，在电子束熔炼过程中不会引入其它杂质。

Description

一种镍基高温合金的制备方法
技术领域
本发明涉及一种镍基高温合金的制备方法，属于合金制备领域。
背景技术
镍基高温合金是指镍含量为40～65％的奥氏体高温合金。该合金在730～1100℃条件下具有一定的高温强度、良好的抗热腐蚀和抗氧化能力，适于制作航空喷气发动机、工业燃气轮机、舰船燃气轮机的导向叶片和喷嘴导叶以及柴油机喷嘴等(EB-PVD制备Y2O3弥散增强Ni基合金薄板的组织及力学性能。工学博士学位论文，陈嵩，2010年9月)。
与其他高温合金不同，镍基高温合金不是由与基体牢固结合的有序沉淀相来强化，而是由已被固溶强化的奥氏体fcc基体和基体中分布少量碳化物组成。纯镍晶体在417度以下是密排六方hcp晶体结构，在更高温度下转变为fcc晶体结构。为了避免镍基高温合金在使用时发生这种转变，实际上所有镍基高温合金均由镍合金化，以便在室温到熔点温度范围内使组织稳定化。
镍基高温合金中最主要的碳化物是MC、M23C6和M6C。在镍基合金铸造缓慢冷却的过程中，M23C6在晶界和枝晶间析出，位于晶界上的碳化物(主要是M23C6)能阻止晶界滑移，从而改善持久强化。同时，细小弥散的碳化物则有良好的强化作用，例如，在有些镍基合金中，细小的M23C6能与基体γ形成共晶体。一般情况下，MC碳化物颗粒过大，不能对位错直接产生显著的影响，因而对合金的强化效果不明显。镍基高温合金中的碳化物颗粒的大小和分布以及晶粒尺寸对铸造工艺很敏感，为使铸造镍基合金部件达到所要求的持久强度和热疲劳性能，必须控制铸造工艺参数。同时，常规真空感应熔炼一般选用CaO或者MgO材质作为冶炼坩埚用，会掺入Ca、Mg、O等杂质。当杂质Ca浓度超过80ppmw，杂质Mg浓度超过70ppmw，合金的热加工性能极低。此外，常规熔炼为中频加热或者电阻加热，一般很难达到3000℃，对于W基合金很难实现短时间熔化；常规熔炼需要单独的热处理设备及工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种镍基高温合金的制备方法。
一种镍基高温合金的制备方法，为电子束熔炼法，包括备料、原料熔化和原料熔炼的步骤：
所述备料步骤：将起到合金化作用的金属原料置于电子束熔炼炉的加料装置中；将其他金属原料置于电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中；
所述原料熔化步骤：电子枪轰击水冷铜坩埚中的金属原料，以速率为1～5mA/s的速率将电子枪束流增大到300～1700mA，直到水冷铜坩埚中的金属原料全部熔化；
所述原料熔炼步骤：电子枪束流300～1700mA下进行合金熔炼，熔炼时间10～25min，熔炼温度为1500℃～1700℃；水冷铜坩埚中的合金化熔炼结束后，将起到合金化作用的金属原料加至金属熔体中，待加入的合金元素全部熔化后，继续合金化熔炼10～20min，熔炼温度为1500℃～1700℃。
本发明所述技术方案适用于所有镍基高温合金的制备，所述镍基高温合金以金属镍和其他金属为原料制得，其中，在制备过程中将起到合金化作用的金属原料，如W、Mo、V、Ti、Cr等置于电子束熔炼炉的加料装置中；将其他金属原料置于电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中。
上述技术方案中，优选在整个制备过程中，保持水冷铜坩埚的温度为150～250℃，进一步优选为200℃。
上述技术方案中所述原料熔炼步骤中，起到合金化作用的金属原料也可分批加入，每次加入一种或几种组分后均合金化熔炼10～30min，熔炼温度为1700℃～1900℃，直至所有组分全部熔炼完毕后进行后续步骤。
本发明所述镍基高温合金的制备方法包括预热的步骤：使电子束熔炼炉炉内的真空度小于5×10-2Pa，电子枪室真空度小于5×10-3Pa；电子枪设置高压为25～35kW，高压预热5～10min后，关闭高压，设置电子枪束流为70～200mA，束流预热5～10min，关闭电子枪束流。
本发明所述镍基高温合金的制备方法包括后处理的步骤：：关闭电子枪，电子束降束流速率为1～5mA/s，直至完全关闭，待合金经过10～60min冷却后依次关闭扩散泵、罗茨泵和机械泵，打开放气阀，取出合金。
本发明的有益效果为：
1、合金原料按照镍基高温合金的配比要求进行混合，置于水冷铜坩埚中，利用电子束熔炼技术进行熔炼。与常规真空感应熔炼不同，金属熔体由于直接与水冷铜接触(与金属熔体直接接触处的水冷铜温度较低，约200℃，不会与金属熔体之间发生反应)，在电子束熔炼过程中不会引入其它杂质。常规真空感应熔炼一般选用CaO或者MgO材质作为冶炼坩埚用，会掺入Ca、Mg、O等杂质；
2、电子束熔炼的熔炼参数易于控制。通过控制电子束熔炼时的扫描功率、扫描频率、扫描半径、扫描波形可以对电子束熔炼高温合金时的金属熔体内的温度分布进行精确的控制；
3、由于电子束熔炼具有高的能量密度，可以使合金原料在短的时间范围内熔化，缩短高温合金熔炼时间，同时可以熔化熔点高的合金原料；
4、电子束熔炼过程中可以进一步去除有害杂质磷和硫；
5、电子束熔炼方法制备的镍基高温合金中杂质S和P含量能够降低至0.1ppmw以下；氧含量可降至0.1ppmw以下，碳含量可降至10ppmw以下；由于采用水冷铜坩埚熔炼，无其它杂质污染；合金元素收得率大于95％；电子束熔炼得到的镍基高温合金的高温组织稳定性、抗氧化性能良好。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下述实施例所用电子束熔炼炉为青岛隆盛晶硅科技有限公司电子束熔炼炉DPS-650。
实施例1
NS111镍基高温合金的制备方法，包括下述工艺步骤：
本实施例中NS111镍基高温合金的配比如下：
Ni：35％；Cr：23％；Fe：40％；Cu：0.5％；Mn：1％；C：0.05％；Si：0.5％；S：0.01％；Al：0.3％；Ti：0.3％。
①备料：按NS111合金配比，将合金化元素金属原料Cr、Ti加入加料漏斗中，其余元素金属原料按照配比置于电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中，在整个制备过程中，保持水冷铜坩埚的温度为200℃。
②预热：关闭电子束熔炼炉的仓门，依次开启机械泵、罗茨泵、扩散泵，使电子束熔炼炉炉内的真空度小于5×10-2Pa，电子枪室真空度小于5×10-3Pa；电子枪设置高压为25kW，高压预热10min后，关闭高压，设置电子枪束流为70mA，束流预热10min，关闭电子枪束流。
③原料熔化：同时打开电子枪的高压和束流，待电子枪的高压和束流均稳定后用电子枪轰击水冷铜坩埚中的合金原料，以速率为1mA/s的速率将电子枪束流增大到300mA，直到水冷铜坩埚中的原料全部熔化。
④原料熔炼：电子枪束流300mA下进行合金熔炼，熔炼时间25min，1500℃；水冷铜坩埚中的合金化熔炼结束后，将漏斗中的合金元素Cr、Ti加至金属熔体中，待加入的元素全部熔化后，继续合金化熔炼20min，熔炼时温度为1500℃。
⑤后处理：关闭电子枪，电子束降束流速率为1mA/s，直至完全关闭，待合金经过10min冷却后依次关闭扩散泵、罗茨泵和机械泵，打开放气阀，取出合金。经检测，最终制得的合金中，S含量降至0.09ppmw，P含量降低至0.08ppmw，O含量降至0.09ppmw，C含量降至9ppmw。
实施例2
NS142镍基高温合金的制备方法，包括下述工艺步骤：
本实施例中NS142镍基高温合金的配比如下：
Ni：46％；Cr：23.5％；Fe：0.05％；C：1％；Mn：0.5％；Si：3％；Cu：3.5％；Mo：0.2％；Al：1.2％；Ti：1.2％；P：0.02％；S：0.03％；。
①备料：按NS142合金配比，将合金化元素金属原料Cr、Mo、Ti加入加料漏斗中，其余元素金属原料按照配比置于电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中，在整个制备过程中，保持水冷铜坩埚的温度为200℃
②预热：关闭电子束熔炼炉的仓门，依次开启机械泵、罗茨泵、扩散泵，使电子束熔炼炉炉内的真空度小于5×10-2Pa，电子枪室真空度小于5×10-3Pa；电子枪设置高压为35kW，高压预热5min后，关闭高压，设置电子枪束流为200mA，束流预热5min，关闭电子枪束流。
③原料熔化：同时打开电子枪的高压和束流，待电子枪的高压和束流均稳定后用电子枪轰击水冷铜坩埚中的合金原料，以速率为5mA/s的速率将电子枪束流增大到1700mA，直到水冷铜坩埚中的原料全部熔化。
④原料熔炼：电子枪束流1700mA下进行合金熔炼，熔炼时间10min，1700℃；水冷铜坩埚中的合金化熔炼结束后，将漏斗中的合金元素Cr、Mo、Tir加至金属熔体中，待加入的合金元素全部熔化后，继续合金化熔炼10min，熔炼时温度为1700℃。
⑤后处理：关闭电子枪，电子束降束流速率为5mA/s，直至完全关闭，待合金经过60min冷却后依次关闭扩散泵、罗茨泵和机械泵，打开放气阀，取出合金。
经检测，最终制得的合金中，S含量降至0.08ppmw，P含量降低至0.09ppmw，O含量降至0.08ppmw，C含量降至8ppmw。

Claims (4)

1.一种镍基高温合金的制备方法，为电子束熔炼法，其特征在于：包括备料、原料熔化和原料熔炼的步骤：
所述备料步骤：将起到合金化作用的金属原料置于电子束熔炼炉的加料装置中；将其他金属原料置于电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中；
所述原料熔化步骤：电子枪轰击水冷铜坩埚中的金属原料，以速率为1～5mA/s的速率将电子枪束流增大到300～1700mA，直到水冷铜坩埚中的金属原料全部熔化；
所述原料熔炼步骤：电子枪束流300～1700mA下进行合金熔炼，熔炼时间10～25min，熔炼温度为1500℃～1700℃；水冷铜坩埚中的合金化熔炼结束后，将起到合金化作用的金属原料加至金属熔体中，待加入的合金元素全部熔化后，继续合金化熔炼10～20min，熔炼温度为1500℃～1700℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述水冷铜坩埚的温度为150～250℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法包括预热的步骤：使电子束熔炼炉炉内的真空度小于5×10-2Pa，电子枪室真空度小于5×10-3Pa；电子枪设置高压为25～35kW，高压预热5～10min后，关闭高压，设置电子枪束流为70～200mA，束流预热5～10min，关闭电子枪束流。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法包括后处理的步骤：关闭电子枪，电子束降束流速率为1～5mA/s，直至完全关闭，待合金经过10～60min冷却后依次关闭扩散泵、罗茨泵和机械泵，打开放气阀，取出合金。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104480329A (zh) * 2014-12-07 2015-04-01 金川集团股份有限公司 一种制备金属合金铸块的方法
US20180277857A1 (en) * 2017-03-21 2018-09-27 Apollo Energy Systems, Inc. Method of manufacturing a spongy nickel catalyst and spongy nickel catalyst made thereby
CN107164639B (zh) * 2017-06-27 2019-01-15 大连理工大学 一种电子束层覆式凝固技术制备高温合金的方法
CN111961897B (zh) * 2020-09-14 2022-03-29 大连理工大学 一种真空感应熔炼-浇铸-电子束精炼工艺制备高纯镍基高温合金的方法
CN112048624B (zh) * 2020-09-14 2021-08-03 大连理工大学 一种电子束循环超温处理提高镍基高温合金成分均匀性的方法
CN112760508A (zh) * 2020-12-28 2021-05-07 大连理工大学 一种电子束连续精炼高温合金返回料的方法
CN113355618A (zh) * 2021-03-26 2021-09-07 中国科学院金属研究所 微量元素磷在变形高温合金中作用机理的研究方法及应用
CN113684396B (zh) * 2021-08-26 2022-05-13 大连理工大学 一种高含量方形纳米粒子析出强化的γ′-Ni3Al基低成本高温合金及制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101985700A (zh) * 2010-11-19 2011-03-16 金川集团有限公司 一种制备超纯铜锭的方法
CN103290230A (zh) * 2013-04-10 2013-09-11 大连理工大学 一种电子束熔炼制备镍基高温合金的方法
CN103757451A (zh) * 2014-01-24 2014-04-30 南京理工大学 一种镍基高温合金的高纯净冶炼方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61232295A (ja) * 1985-04-08 1986-10-16 Osaka Titanium Seizo Kk シリコン結晶半導体の製造法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101985700A (zh) * 2010-11-19 2011-03-16 金川集团有限公司 一种制备超纯铜锭的方法
CN103290230A (zh) * 2013-04-10 2013-09-11 大连理工大学 一种电子束熔炼制备镍基高温合金的方法
CN103757451A (zh) * 2014-01-24 2014-04-30 南京理工大学 一种镍基高温合金的高纯净冶炼方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
镍的电子束熔炼提纯研究;尚再艳 等;《稀有金属》;20130131;第37卷(第1期);第116-122页 *

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