CN104846254A - 用于k4169高温合金的稀土细化剂及制备和使用方法 - Google Patents

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赵志龙
刘瑞瑞
崔凯
高建军
韦路锋
刘树磊
王少毅
李宁
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Abstract

本发明涉及一种用于K4169高温合金的稀土细化剂及制备和使用方法，本发明系统研究稀土金属间化合物与高温合金母材间的匹配性，采用低成本氩弧熔焊的方法构建两材料间界面，借此观察化学细化剂对熔区枝晶生长的细化及其抑制行为，并以此为根据选择并融配出了四种稀土间金属化合物作为高温合金的细化剂。

Description

用于K4169高温合金的稀土细化剂及制备和使用方法
技术领域
本发明属于高温合金的稀土细化剂，涉及一种用于K4169高温合金的稀土细化剂及制备和使用方法。
背景技术
高温合金是航空发动机中各种高温部件的关键材料，又是工业燃气轮机、能源、化工等工业部门所需的高温耐蚀部件材料，因而是国防现代化和经济建设中不可缺少的一类重要材料。
常规熔模铸造高温合金晶粒粗大、组织不均匀，使得材料的屈服强度和低周疲劳性能低，热加工性能差，影响了高温合金铸件的应用。细晶铸造高温合金在宏观晶粒尺寸减小的同时，晶粒形态也由枝晶向胞状和球状转变，另外，碳化物等析出相也得到了细化，缩孔和显微偏析都受到抑制，因此细晶铸件的机械性能得以提高。
化学法是在常规铸造工艺条件下即将熔体过热使合金均匀化，在传统浇注温度下浇注，因此可获得致密的高温合金细晶组织，不需要进行HIP，降低成本。化学法因不需要昂贵的设备和复杂的操作，具有细化效果显著突出的特点而受到重视。但是，由于高温合金对夹杂特别敏感，故对细化剂的选择必须慎重。
目前稀土作为添加剂主要是以金属混合物的形式添加到铸铁、铸钢、结构钢以及合金中的，主要是因为稀土元素高的活性以及其对硫、氧以及珅、锡、锑等有害元素的去除。而稀土金属间化合物具有稀土本身的去除合金中有害元素的作用，且稀土元素与镍基高温合金中的添加元素形成的稀土金属间化合物大多数具有高熔点且化合物稳定的特性，因此可以考虑寻找适合的稀土化合物作为高温合金的细化剂。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于K4169高温合金的稀土细化剂及制备和使用方法，从稀土细化剂的选择出发，采用化学细化法实现了镍基高温合金K4169整体铸件的晶粒细化。
技术方案
一种用于K4169高温合金的稀土细化剂，其特征在于组份为：由质量分数为42.25％的Co、11.35％的Fe和46.40％的Nb构成的Co3FeNb2。
一种用于K4169高温合金的稀土细化剂，其特征在于组份为：由质量分数为36.18％的Ce、60.98％的Co和2.84％的B构成的CeCo4B。
一种用于K4169高温合金的稀土细化剂，其特征在于组份为：由质量分数为33.84％的Y、44.84％的Ni和21.32％的Si构成的YNi2Si2。
一种用于K4169高温合金的稀土细化剂，其特征在于组份为：由质量分数为25.90％的Cr、27.82％的Fe和46.28％的Nb构成的CrFeNb。
一种制备用于K4169高温合金的稀土细化剂的方法，其特征在于：按照稀土细化剂Co3FeNb2、CeCo4B、YNi2Si2或CrFeNb要求的成分比例将原料混和，采用非自耗真空磁控电弧炉熔炼出钮扣锭，其中技术参数为：真空度≤5×10-3Pa；熔炼介质为Ar；熔炼电流<1000A熔炼，熔炼温度≤3000℃。
一种利用所制备的稀土细化剂构成的复合细化剂，其特征在于：以CrFeNb和Co3FeNb2的等份组合构成复合细化剂。
一种利用所制备的稀土细化剂构成的复合细化剂，其特征在于：以CeCo4B、YNi2Si2和Co3FeNb2的等份组合构成复合细化剂。
一种所述复合细化剂的使用方法，其特征在于：采用K4169母合金将选择的复合细化剂的钮扣锭砸成小块，再将这些小块用研钵研成颗粒状，用筛子筛取出粒度为150-250目的粉末状颗粒；将粉末状颗粒与K4169母合金混合后合金浇注。
有益效果
本发明提出的一种用于K4169高温合金的稀土细化剂及制备和使用方法，本发明系统研究稀土金属间化合物与高温合金母材间的匹配性，采用低成本氩弧熔焊的方法构建两材料间界面，借此观察化学细化剂对熔区枝晶生长的细化及其抑制行为，并以此为根据选择并融配出了四种稀土间金属化合物作为高温合金的细化剂。
附图说明
图1为不加细化剂时圆柱锭的组织结构，a为组织微观结构，b为组织宏观结构；
图2为A1、A4混合加入时圆柱锭的组织结构，a为组织微观结构，b为组织宏观结构；
图3为A1、A2、A混合加入时圆柱锭的组织微观结构，
图4为A1、A2、A混合加入时圆柱锭的组织宏观结构。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
表1 制备的稀土金属间化合物及其相关参数
表2 制备的稀土金属间化合物化学成分(质量分数，％)
其中：A1：Co3FeNb2 A2：YNi2Si2 A3：CeCo4B A4：CrFeNb
根据上表所确定的元素种类及含量，选用高纯度原料采用熔炼法制备金属间化合物。按要求的成分比例将原料混和，用非自耗真空磁控电弧炉熔炼出钮扣锭。实验技术参数为：真空度≤5×10-3Pa；熔炼介质为Ar；熔炼电流<1000A熔炼，熔炼温度≤3000℃。
将熔炼法获得的脆性的钮扣锭用K4169母合金铸锭砸成小块，再将这些小块用研钵研成颗粒状，用筛子筛取出粒度为150-250目的粉末状颗粒，这些细化剂颗粒的表面是粗糙的，有利于合金熔体以其为核心进行非均匀形核。
最终确定选取CrFeNb+Co3FeNb2(A1+A4)、CeCo4B+YNi2Si2+Co3FeNb2(A1+A2+A3)这两类复合细化剂。
具体实施例：
实施例一：
1、选择高纯度原料，按照表二所给出A1、A4的化学成分比称取原料，
2、用非自耗真空磁控电弧炉在真空度5×103Pa，熔炼介质为Ar，熔炼电流900A，温度3000℃的条件下熔炼制备A1、A4两种钮扣锭，。
3、用母合金铸锭将钮扣锭砸成小块，再将这些小块用研钵研成颗粒状，用筛子筛取出粒度为150-250目的粉末状颗粒；
4、称取K4169母合金1700g，分别称取A1、A4两种颗粒255g，均匀混合作为细化剂；
5、合金浇注，检测。
实施例二：
1、选择高纯度原料，按照表二所给出A1、A2、A3的化学成分比称取原料，
2、用非自耗真空磁控电弧炉在真空度5×103Pa，熔炼介质为Ar，熔炼电流900A，温度3000℃的条件下熔炼制备A1、A2、A3两种钮扣锭，。
3、用母合金铸锭将钮扣锭砸成小块，再将这些小块用研钵研成颗粒状，用筛子筛取出粒度为150-200目的粉末状颗粒；
4、称取K4169母合金1700g，分别称取A1、A2、A3三种颗粒170g，均匀混合作为细化剂；
5、合金浇注，检测。

Claims (8)

1.一种用于K4169高温合金的稀土细化剂，其特征在于组份为：由质量分数为42.25％的Co、11.35％的Fe和46.40％的Nb构成的Co3FeNb2。
2.一种用于K4169高温合金的稀土细化剂，其特征在于组份为：由质量分数为36.18％的Ce、60.98％的Co和2.84％的B构成的CeCo4B。
3.一种用于K4169高温合金的稀土细化剂，其特征在于组份为：由质量分数为33.84％的Y、44.84％的Ni和21.32％的Si构成的YNi2Si2。
4.一种用于K4169高温合金的稀土细化剂，其特征在于组份为：由质量分数为25.90％的Cr、27.82％的Fe和46.28％的Nb构成的CrFeNb。
5.一种制备权利要求1或2或3或4任一项用于K4169高温合金的稀土细化剂的方法，其特征在于：按照稀土细化剂Co3FeNb2、CeCo4B、YNi2Si2或CrFeNb要求的成分比例将原料混和，采用非自耗真空磁控电弧炉熔炼出钮扣锭，其中技术参数为：真空度≤5×10-3Pa；熔炼介质为Ar；熔炼电流<1000A熔炼，熔炼温度≤3000℃。
6.一种利用权利要求5所制备的稀土细化剂构成的复合细化剂，其特征在于：以CrFeNb和Co3FeNb2的等份组合构成复合细化剂。
7.一种利用权利要求5所制备的稀土细化剂构成的复合细化剂，其特征在于：以CeCo4B、YNi2Si2和Co3FeNb2的等份组合构成复合细化剂。
8.一种权利要求6或7所述复合细化剂的使用方法，其特征在于：采用K4169母合金将选择的复合细化剂的钮扣锭砸成小块，再将这些小块用研钵研成颗粒状，用筛子筛取出粒度为150-250目的粉末状颗粒；将粉末状颗粒与K4169母合金混合后合金浇注。
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