CN105734314A - 镍基高温合金的真空冶炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及合金冶炼工艺,具体涉及一种镍基高温合金的真空冶炼工艺。所述的真空冶炼工艺是将占高温合金总含碳质量50%的石墨加入到真空炉坩埚内,置于坩埚最底部,向真空炉坩埚内加入除铝、钛、硼、锆、镍之外的高温合金中的所有元素进行冶炼;升温向坩埚内加入剩余的石墨,精炼,之后降温;向其中加入铝、钛,升温至铝、钛全部熔化;保持温度1410~1430℃,向其中加入镍硼合金、锆,升温至镍硼合金、锆全部熔化,得到金属熔液;降温,冷冻金属熔液,升温,进行出钢浇注。本发明能够提高高温合金的持久性能和室温拉伸性能,进一步纯净金属熔液,从而得到高质量的高温合金。
Description
技术领域
本发明涉及合金冶炼工艺,具体涉及一种镍基高温合金的真空冶炼工艺。
背景技术
航空航天以及民用高温合金真空冶炼的技术难点在于,严格控制合金中的气体含量(氧,氮,氢),目前按照企业标准,许多合金中氧、氮含量一般在20ppm左右。只有降低合金中的有害杂质含量,减少合金元素的偏析,提高合金熔液的纯净度,才能达到提高合金的使用性能和寿命。然而,真空冶炼过程是一个十分复杂的热加工工艺过程,任何一个工艺步骤的设计都会对合金的气体含量,杂质含量以及合金的性能有重要影响。
合金中的O,N,S在合金溶液中会形成非金属夹杂物,如(Al2O3),(Ti,Ta)C/N,(Ti,Ta)S合金中非金属夹杂物的多少和形态都会对合金综合性能有重大影响。此外合金熔液的纯净度是衡量母合金锭质量和制造水平的重要指标。真空冶炼中是以碳为主要脱氧元素,由于碳的分解反应而达到将金属溶液的氧脱除,从而达到减少合金中的气体含量,纯净金属溶液,提高合金质量的目的。随着碳脱氧反应的进行,一氧化碳气体的溢出,将合金中的氢、氮有害气体带出。氧含量越低,金属熔液更易蒸发,合金中的低熔点有害杂质元素也易于排除。因而,脱氧是真空冶炼过程的一个关键步骤,脱氧效果直接决定了合金中的有害杂质含量,决定着能否提高合金使用性能和寿命。
在航空使用的合金中,组分一般都包括铝、钛、硼、锆等几种低熔点元素。在加入这些低熔点元素进行合金化处理时,如果不严格控制加入的时机、温度、真空度等因素,则会产生较大的烧损和挥发,使合金化学成分难以控制,从而产生废品。具体来说,加入铝、钛、硼、锆时的真空度过低或设备漏气率大,大量的铝、钛、硼、锆元素会产生氧化烧损,成分难以控制。加入铝、钛时金属熔液温度过高,大量的铝、钛则会由于放热放应而产生烧损和挥发。向金属熔液中加入铝、钛时,会产生剧烈的放热反应,尤其是加入量较大时,金属熔液放热反应就大。即使铝、钛加入时金属熔液温度适宜,但由于一次加入量过大,同样会产生烧损和真空挥发使合金化学成分难以控制。
另外,由于铝、钛、硼、锆自身较轻,密度小,在加入到金属熔液中后,漂浮在金属熔液表面,极易产生偏析,会严重影响合金的综合性能。特别的是,硼的加入时间也非常重要,加入过早,极易烧损,加入过晚,易分布不均,因此掌握好硼加入的时间就显得非常重要。
鉴于目前现有技术的情况,亟需开发一种化学成分均匀、低熔点元素烧损及挥发少、合金持久性能和室温拉伸性能强的镍基高温合金的真空冶炼工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种化学成分均匀、低熔点元素烧损及挥发少、合金持久性能和室温拉伸性能强的镍基高温合金的真空冶炼工艺。
本发明所述的镍基高温合金的真空冶炼工艺,包括以下步骤:
(1)第一步碳脱氧:
将占高温合金总含碳质量50%的石墨加入到真空炉坩埚内,置于坩埚最底部,向真空炉坩埚内加入除铝、钛、硼、锆、镍之外的高温合金中的所有元素进行冶炼;
(2)第二步碳脱氧:
温度升至1570~1590℃,向坩埚内加入剩余的石墨,精炼,之后降温;
(3)降温至1370~1390℃,向其中加入铝、钛,升温至铝、钛全部熔化;
(4)保持温度1410~1430℃,向其中加入镍硼合金、锆,升温至镍硼合金、锆全部熔化,得到金属熔液;
(5)降温,冷冻金属熔液,待温度降至1360~1380℃,再升温至1450~1470℃,进行出钢浇注。
其中:
步骤(1)石墨为光谱石墨电极破碎至2~5mm的颗粒。
步骤(1)冶炼温度1560~1580℃,冶炼时间20~30min。
步骤(2)金属熔液温度升至1570~1590℃,向坩埚内加入剩余的石墨,于功率80KW下精炼20~30min。
步骤(3)升温至铝、钛全部熔化后,再搅拌3~5min。
步骤(4)升温至镍硼合金、锆全部熔化后,再搅拌3~5min。
加入铝、钛、镍硼合金、锆时的真空度≤0.1Pa。硼应在熔炼后期,出钢浇注之前加入。铝、钛加入量大时,应分两批或多批加入,一般铝为3wt.%左右时,钛为3wt.%左右时,两次加入即可。如果更多的铝钛含量时应考虑更多次地加入。
步骤(5)降温进行冷冻金属熔液可以采用停电后,自然降温的形式,也可以采用其他降温形式。本发明优选停电自然降温的形式。
本发明的有益效果如下:
本发明采用二次加碳深脱氧工艺,在开始高温合金冶炼前加入占合金总含碳量的二分之一的石墨,石墨加在坩埚的底部。待金属全部熔化后升到一定温度,进行二次加碳操作进一步进行深脱氧;同时,通过控制铝、钛、硼、锆加入时机及温度,使得合金的化学成分更加均匀,低熔点元素烧损及挥发少;冷冻金属熔液使得在金属熔液降温凝固的过程中,溶解在金属熔液中的有害气体上浮,利用真空炉冶炼产生的负压差将有害气体进一步除去。本发明能够提高高温合金的持久性能和室温拉伸性能,进一步纯净金属熔液,从而得到高质量的高温合金,也保证最大限度的降低高温合金中O,N,H有害气体的含量和低熔点有害杂质的含量,达到纯净合金熔液,减少合金元素的偏析,保证合金性能的目的。合金的综合力学性能及合金的质量均达到国内外优质合金的水平。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
按照B1914合金的标准采用本发明的真空冶炼工艺进行生产,其化学成分、性能参数如表1所示。
以200Kg真空炉为例,本发明的真空冶炼工艺如下:
(1)第一步碳脱氧:
将占高温合金总含碳质量50%的石墨加入到真空炉坩埚内,置于坩埚最底部,向真空炉坩埚内加入除铝、钛、硼、锆、镍之外的高温合金中的所有元素进行冶炼;石墨为光谱石墨电极破碎至2~5mm的颗粒;冶炼温度1570±10℃,冶炼时间25min;
(2)第二步碳脱氧:
温度升至1580±10℃,向坩埚内加入剩余的石墨,于功率80KW下精炼25min,之后降温;
(3)降温至1380±10℃,向其中加入铝、钛,升温至铝、钛全部熔化,再搅拌5min;
(4)保持温度1420±10℃,向其中加入镍硼合金、锆,升温至镍硼合金、锆全部熔化,再搅拌3min,得到金属熔液;
(5)降温进行冷冻金属熔液,待温度降至1370±10℃,再升温至1460±10℃,进行出钢浇注。
加入铝、钛、镍硼合金、锆时的真空度≤0.1Pa。
表1实施例1合金成分性能参数表
用德国进口ON900型氧氮分析仪测定:氧(O)7.6ppm氮(N)8.06ppm。
实施例2
按照B1914合金的标准采用本发明的真空冶炼工艺进行生产,其化学成分、性能参数如表2所示。
以200Kg真空炉为例,本发明的真空冶炼工艺如下:
(1)第一步碳脱氧:
将占高温合金总含碳质量50%的石墨加入到真空炉坩埚内,置于坩埚最底部,向真空炉坩埚内加入除铝、钛、硼、锆、镍之外的高温合金中的所有元素进行冶炼;石墨为光谱石墨电极破碎至2~5mm的颗粒;冶炼温度1580±10℃,冶炼时间20min;
(2)第二步碳脱氧:
温度升至1590±10℃,向坩埚内加入剩余的石墨,于功率80KW下精炼20min,之后降温;
(3)降温至1390±10℃,向其中加入铝、钛,升温至铝、钛全部熔化,再搅拌3min;
(4)保持温度1410±10℃,向其中加入镍硼合金、锆,升温至镍硼合金、锆全部熔化,再搅拌5min,得到金属熔液;
(5)降温进行冷冻金属熔液,待温度降至1380±10℃,再升温至1470±10℃,进行出钢浇注。
加入铝、钛、镍硼合金、锆时的真空度≤0.1Pa。其余如实施例1。
表2实施例2合金成分性能参数表
用德国进口ON900型氧氮分析仪测定:氧(O)8.2ppm氮(N)8.07ppm。
实施例3
以200Kg真空炉为例,本发明的真空冶炼工艺如下:
(1)第一步碳脱氧:
将占高温合金总含碳质量50%的石墨加入到真空炉坩埚内,置于坩埚最底部,向真空炉坩埚内加入除铝、钛、硼、锆、镍之外的高温合金中的所有元素进行冶炼;石墨为光谱石墨电极破碎至2~5mm的颗粒;冶炼温度1560±10℃,冶炼时间30min;
(2)第二步碳脱氧:
温度升至1570±10℃,向坩埚内加入剩余的石墨,于功率80KW下精炼30min,之后降温;
(3)降温至1370±10℃,向其中加入铝、钛,升温至铝、钛全部熔化,再搅拌4min;
(4)保持温度1430±10℃,向其中加入镍硼合金、锆,升温至镍硼合金、锆全部熔化,再搅拌4min,得到金属熔液;
(5)降温进行冷冻金属熔液,待温度降至1360±10℃,再升温至1450±10℃,进行出钢浇注。
加入铝、钛、镍硼合金、锆时的真空度≤0.1Pa。其余如实施例1。
表3实施例3合金成分性能参数表
用德国进口ON900型氧氮分析仪测定:氧(O)7.9ppm氮(N)8.05ppm。
通过表1-3可以看出,B1914合金中氧、氮的含量很低。由于采用了二次加碳深脱氧工艺、合金化工艺以及冷冻金属熔液工艺,合金中的其它有害杂质含量明显下降。最为突出的是合金的室温拉伸性能和持久性能都有很大地提高。
Claims (7)
1.一种镍基高温合金的真空冶炼工艺,其特征在于包括以下步骤:
(1)第一步碳脱氧:
将占高温合金总含碳质量50%的石墨加入到真空炉坩埚内,置于坩埚最底部,向真空炉坩埚内加入除铝、钛、硼、锆、镍之外的高温合金中的所有元素进行冶炼;
(2)第二步碳脱氧:
温度升至1570~1590℃,向坩埚内加入剩余的石墨,精炼,之后降温;
(3)降温至1370~1390℃,向其中加入铝、钛,升温至铝、钛全部熔化;
(4)保持温度1410~1430℃,向其中加入镍硼合金、锆,升温至镍硼合金、锆全部熔化,得到金属熔液;
(5)降温,冷冻金属熔液,待温度降至1360~1380℃,再升温至1450~1470℃,进行出钢浇注。
2.根据权利要求1所述的镍基高温合金的真空冶炼工艺,其特征在于:步骤(1)石墨为光谱石墨电极破碎至2~5mm的颗粒。
3.根据权利要求1所述的镍基高温合金的真空冶炼工艺,其特征在于:步骤(1)冶炼温度1560~1580℃,冶炼时间20~30min。
4.根据权利要求1所述的镍基高温合金的真空冶炼工艺,其特征在于:步骤(2)金属熔液温度升至1570~1590℃,向坩埚内加入剩余的石墨,于功率80KW下精炼20~30min。
5.根据权利要求1所述的镍基高温合金的真空冶炼工艺,其特征在于:步骤(3)升温至铝、钛全部熔化后,再搅拌3~5min。
6.根据权利要求1所述的镍基高温合金的真空冶炼工艺,其特征在于:步骤(4)升温至镍硼合金、锆全部熔化后,再搅拌3~5min。
7.根据权利要求1~6任一所述的镍基高温合金的真空冶炼工艺,其特征在于:加入铝、钛、镍硼合金、锆时的真空度≤0.1Pa。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Daoqian Inventor after: Wang Lei Inventor after: Liu Yuting Inventor after: Ma Zhonggang Inventor after: Sun Hongbo Inventor before: Wang Lei Inventor before: Liu Yuting Inventor before: Ma Zhonggang Inventor before: Li Daoqian Inventor before: Sun Hongbo |
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COR | Change of bibliographic data | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |