CN103990759B - 一种改善镍基高温合金铸锭浇注质量的方法 - Google Patents
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Abstract
一种改善镍基高温合金铸锭浇注质量的方法，属于冶金领域，在真空感应冶炼镍基高温合金时，将质量百分比分别是Al2O3为50～70%，CaO为10～25%，MgO为10～25%的、ZrO2为5～15%，用水混合为悬浮液密度是1200～1600Kg/m3的悬浮液，用毛刷将悬浮液均匀涂刷于铸模内表面，铸模经过200～300℃，时间为3～4h的加热烘烤后放入真空炉中使用；所述的Al2O3、CaO、MgO和ZrO2的粒度均是200～500目。采用本发明得到的镍基高温合金铸锭表面质量光滑，无需表面机加工，冒口缩孔深度浅，无二次缩孔存在，与传统工艺相比可显著提高成材率。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料制备领域，特别是涉及镍基高温合金材料铸锭浇注质量改善问题。
背景技术
镍基高温合金具有优良的耐腐蚀、抗氧化及良好的机械性能，主要应用于航空、航天、能源及石油化工领域。镍基高温合金中含有大量的Ni、Cr、Co、Mo、Nb等属于国家稀缺的昂贵元素。镍基高温合金通常采用真空感应冶炼+电渣重熔或者真空感应冶炼+真空自耗工艺生产。镍基高温合金感应铸锭在进行后续加工之前必须进行表面机加工，切除冒口等处理，去除表面结疤等缺陷。因此，感应铸锭浇注质量的优良将直接影响后期冶金质量以及成材率。具有好的浇注质量的铸锭可以提高加工效率，降低金属损耗，提高成材率，降低生产成本。影响铸锭浇注质量的因素有很多，如浇注速度、浇注温度、铸模温度、铸模导热率等等。
铸铁及铸钢材质铸模被广泛应用于镍基高温合金生产。但是由于铸铁及铸钢铸模导热率较大，并且镍基高温合金熔体流动性较差，粘度较大。因此，金属熔体在浇入铸模过程中，一方面，喷溅到铸模内壁的金属液滴会迅速凝固并依附在铸模内壁，使铸锭外表面产生结疤缺陷，必须进行车削；另一方面，铸锭在凝固过程中很容易在铸锭表面产生冷隔，易产生较深的一次及二次缩孔，必须完全切除。两种情况将使加工过程成材率显著降低，生产成本增加。
发明内容
为了克服现有镍基高温合金铸锭浇注质量的不足，避免镍基高温合金铸锭外表面产生结疤现象，本发明提供一种显著改善镍基高温合金铸锭浇注质量的方法，尤其适用于合金中Mo≥7%（质量分数）的镍基高温合金。
本发明的技术方案是：
本发明所述的镍基高温合金中，合金中Ni≥50%（质量百分比）。合金具体牌号及主要成分见下表：
在真空感应冶炼镍基高温合金时，在铸模内表面均匀涂刷一层悬浮液；
所述悬浮液配料质量百分比是：Al2O3为50～70%，CaO为10～25%，MgO为10～25%，ZrO2为5～15%；
将上述配料混合均匀后，加入水混合为密度是1200～1600Kg/m3的悬浮液，用毛刷蘸取悬浮液均匀涂刷于铸模内表面；
铸模经过加热烘烤干燥后放入真空炉中使用。铸模烘烤温度在200～300℃，烘烤时间在3～4h，铸模厚度为20～30mm。
所述的Al2O3、CaO、MgO及ZrO2的粒度均是200～500目。
本发明利用Al2O3、CaO、MgO及ZrO2导热率较低、并且其混合水溶液涂层干燥后与铸模依附性强的综合特性，降低了铸模的导热率，同时也降低了金属熔体的凝固速度。避免镍基高温合金铸锭外表面产生结疤现象；用此铸模浇注的镍基高温合金铸锭表面质量光滑，冒口缩孔深度显著降低。
具体实施例
实施例一：
在500Kg真空感应冶炼Inconel725镍基高温合金。
将粒度均为300目、质量百分比分别是60%的Al2O3、20%的CaO、15%的MgO、5%的ZrO2粉末搅拌均匀，用水混合为悬浮液，悬浮液密度为1300Kg/m3。用毛刷蘸取均匀涂刷于铸模内表面，铸模经过200℃-3h烘烤后放入真空炉中使用。铸模厚度为25mm，铸模型腔尺寸为φ280×1000mm。
用此方法浇注的镍基高温合金铸锭表面质量光滑，无需表面机加工，冒口处缩孔深度为60mm，不存在二次缩孔。采用相同尺寸、内表面未用此方法处理的铸模，在冶炼合金、浇注工艺完全相同情况下，镍基高温合金铸锭表面存在结疤，最深处为5mm，需表面机加工处理，冒口处缩孔深度为120mm，二次缩孔深度为20mm。
采用此方法浇注的Inconel725镍基高温合金铸锭与传统方法相比可提高约15%成材率。
实施例二：
在500Kg真空感应冶炼Inconel617镍基高温合金。
将粒度均为350目、质量百分比分别是65%的Al2O3、15%的CaO、10%的MgO、10%的ZrO2粉末搅拌均匀，用水混合为悬浮液，悬浮液密度为1500Kg/m3。用毛刷蘸取均匀涂刷于铸模内表面，铸模经过240℃-3h烘烤后放入真空炉中使用。铸模厚度为25mm，铸模型腔尺寸为φ280×1000mm。
用此方法浇注的镍基高温合金铸锭表面质量光滑，无需表面机加工，冒口处缩孔深度为55mm，不存在二次缩孔。采用相同尺寸、内表面未用此方法处理的铸模，在冶炼合金、浇注工艺完全相同情况下，镍基高温合金铸锭表面存在结疤，最深处为7mm，需表面机加工处理，冒口处缩孔深度为110mm，二次缩孔深度为15mm。
采用此方法浇注的Inconel617镍基高温合金铸锭与传统方法相比可提高约16%成材率。
实施例三：
在500Kg真空感应冶炼Inconel625镍基高温合金。
将粒度均为400目、质量百分比分别是70%的Al2O3、10%的CaO、15%的MgO、5%的ZrO2粉末搅拌均匀，用水混合为悬浮液，悬浮液密度为1500Kg/m3。用毛刷蘸取均匀涂刷于铸模内表面，铸模经过250℃-3.5h烘烤后放入真空炉中使用。铸模厚度为30mm，铸模型腔尺寸为φ350×800mm。
用此方法浇注的镍基高温合金铸锭表面质量光滑，无需表面机加工，冒口处缩孔深度为46mm，不存在二次缩孔。采用相同尺寸、内表面未用此方法处理的铸模，在冶炼合金、浇注工艺完全相同情况下，镍基高温合金铸锭表面存在结疤，最深处为4mm，需表面机加工处理，冒口处缩孔深度为80mm，二次缩孔深度为10mm。
采用此方法浇注的Inconel625镍基高温合金铸锭与传统方法相比可提高约13%成材率。
实施例四：
在500Kg真空感应冶炼C-276镍基高温合金。
将粒度均为400目、质量百分比分别是65%的Al2O3、20%的CaO、10%的MgO、5%的ZrO2粉末搅拌均匀，用水混合为悬浮液，悬浮液密度为1600Kg/m3。用毛刷蘸取均匀涂刷于铸模内表面，铸模经过300℃-3h烘烤后放入真空炉中使用。铸模厚度为30mm，铸模型腔尺寸为φ350×800mm。
用此方法浇注的镍基高温合金铸锭表面质量光滑，无需表面机加工，冒口处缩孔深度为45mm，不存在二次缩孔。采用相同尺寸、内表面未用此方法处理的铸模，在冶炼合金、浇注工艺完全相同情况下，镍基高温合金铸锭表面存在结疤，最深处为5mm，需表面机加工处理，冒口处缩孔深度为90mm，二次缩孔深度为10mm。
采用此方法浇注的C-276镍基高温合金铸锭与传统方法相比可提高约17%成材率。
Claims (3)
1.一种改善镍基高温合金铸锭浇注质量的方法，其特征在于：在500Kg真空感应冶炼Inconel725镍基高温合金时，将粒度均为300目、质量百分比分别是60%的Al2O3、20%的CaO、15%的MgO、5%的ZrO2粉末搅拌均匀，用水混合为悬浮液，悬浮液密度为1300Kg/m3；用毛刷蘸取均匀涂刷于铸模内表面，铸模经过200℃-3h烘烤后放入真空炉中使用；铸模厚度为25mm，铸模型腔尺寸为φ280×1000mm；所述Inconel725镍基高温合金化学成分质量百分比是：C是0.03，Cr是19.0~22.5，Mn是0.35，Ni是55~59，Mo是7.0~9.5，Al是0.35，Ti是1.0~1.7，Nb是2.75~4.0，余量是Fe。
2.一种改善镍基高温合金铸锭浇注质量的方法，其特征在于：在500Kg真空感应冶炼Inconel617镍基高温合金时，将粒度均为350目、质量百分比分别是65%的Al2O3、15%的CaO、10%的MgO、10%的ZrO2粉末搅拌均匀，用水混合为悬浮液，悬浮液密度为1500Kg/m3；用毛刷蘸取均匀涂刷于铸模内表面，铸模经过240℃-3h烘烤后放入真空炉中使用；铸模厚度为25mm，铸模型腔尺寸为φ280×1000mm；所述Inconel617镍基高温合金化学成分质量百分比是：C是0.08，Cr是20~24，Mo是8~10，Co是10~15，Al是0.8~1.5，Ti是0.4，余量是Ni。
3.一种改善镍基高温合金铸锭浇注质量的方法，其特征在于：在500Kg真空感应冶炼Inconel625镍基高温合金时，将粒度均为400目、质量百分比分别是70%的Al2O3、10%的CaO、15%的MgO、5%的ZrO2粉末搅拌均匀，用水混合为悬浮液，悬浮液密度为1500Kg/m3；用毛刷蘸取均匀涂刷于铸模内表面，铸模经过250℃-3.5h烘烤后放入真空炉中使用；铸模厚度为30mm，铸模型腔尺寸为φ350×800mm；所述Inconel625镍基高温合金化学成分质量百分比是：C是0.02，Cr是20~23，Mo是8~10，Al是0.4，Nb是3.15~4.15，余量是Ni。
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