CN106670482A - 一种超细高等级球形gh4133合金粉末的制备方法 - Google Patents

一种超细高等级球形gh4133合金粉末的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法,步骤为:1)参照GH4133合金的成分配料,熔炼成GH4133合金棒;2)对GH4133合金棒进行精加工成电极棒;3)装载电极棒至反应室中,对反应室抽真空,按照一定比例向反应室充入惰性气体;4)等离子炬包含钨阴极和铜阳极,电极棒不做电极,对电极棒端部进行加热,使端部均匀熔化,雾化液滴从电极棒端部被甩出,液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒,落入收集器中;5)对制得的GH4133合金粉末在惰性气体保护环境下进行筛分和静电去除夹杂;该方法制备的GH4133合金粉末具有超细、高纯度、高等级球形、无空心粉与卫星粉的特点。

Description

一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法
技术领域
本发明属于高温合金粉末冶金制备技术领域,具体涉及一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法。
背景技术
GH4133是一种镍基变形高温合金,其成分具有鲜明的特点:较高的Ti、Al、Nb含量,γ′相含量达到60%以上,保证了合金的强度,同时合金具有很低的Ti/Al比,同时添加强碳化物形成元素Hf、Nb等,减小了原始颗粒边界的形成趋势,并且大量添加了W、Mo等难熔元素。该合金合理的化学成分性能保证了合金优良的性能。GH4133在700℃下具有良好的综合性能,广泛应用于制造航空发动机涡轮盘、承力环和叶片等重要部件。
近几十年来,随着发动机关键部件对性能使用要求大幅提高,传统的铸锻合金由于晶粒尺寸、偏析等问题,已经越来越难以满足使用发动机苛刻的需求。采用粉末冶金的方法来制备高温合金挂件部件可以很好地解决问题。但是,合金粉末的质量对合金的拉伸性能与损伤容限有决定性的影响,因此如何制备出细粒径、低夹杂含量、高等级球形、低氧含量的GH4133合金粉末就显得尤为重要。
发明内容
为克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法,以解决粉末冶金工艺制备GH4133合金过程中出现的晶粒尺寸过大导致性能不足、粉末形状不佳导致变形能力差等问题,以及当前普遍使用的制粉方法制得的合金粉末形貌不佳、夹杂过多等问题;确保成型后的GH4133合金成分均匀、组织细小、性能优异,满足航空发动机关键部件的应用要求。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法,包括以下步骤:
1)按照GH4133合金的成分配料,采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼GH4133合金棒,制成电极棒;
2)将熔炼的GH4133合金棒精车加工成电极棒,加工后的电极棒的直径为10-100mm,长度为100-1000mm,圆度偏差小于0.1mm,直线度偏差小于0.1mm/m,粗糙度小于1.6μm;
3)装载电极棒至反应室中,对反应室抽真空至10-3-10-2Pa,向反应室充入氦气、氩气或氦氩混合气,使腔室内压力为0.01-1MPa,气氛中氧含量小于0.1wt%,氧含量按质量百分比计;
4)PREP制粉设备的等离子枪功率为100-300kW,等离子炬包含钨阴极和铜阳极,电极棒不做电极,等离子弧对电极棒端部进行加热,使端部均匀熔化,电极棒转速为10000-30000r/min,雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出,并形成液滴,液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒,落入反应室底部收集器中;
5)在惰性气体保护下,对制得的GH4133合金粉末筛分和包装。
所述的GH4133合金粉末平均粒度为40μm-400μm。
所述的GH4133合金粉末为平均粒度小于53μm的超细粉末。
所述的步骤4)制粉过程圆形度为98%以上。
所述的GH4133合金包括以下组分:按质量百分比,Cr:19.0~22.0%,Al:0.70~1.20%,Ti:2.50~3.00%,C:≤0.07%,Nb:1.15~1.65, 0-1wt%的B元素,Ce元素,余料Ni为基体。
本发明的有益效果在于:
本发明使用非转移弧等离子旋转电极工艺,在超高转速条件下,能够制得超细、高圆形度的GH4133合金粉末,其成型件能够满足航空发动机的应用需求。
本发明通过调整工艺参数可获得平均粒度为40μm-400μm的GH4133合金粉末,尤其能够制得平均粒度小于53μm的超细粉末,夹杂物小于10颗/kg,制粉过程增氧量在100-1000ppm范围内可控;并且保证粉末的圆形度大于98%。
附图说明
图1为本发明GH4133合金粉末扫描电镜照片。
图2为本发明GH4133合金粉末金相照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法,包括以下步骤:
1)按照GH4133的成分配料,Cr:19.9%,Al:1.12%,Ti:2.56%,C:0.044%,Nb:1.54%,B:0.012%,Ce:0.01%,预料Ni为基体,采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼成GH4133合金棒,,制成电极棒;
2)将熔炼的GH4133合金棒精车加工成电极棒,加工后的电极棒的直径为55mm,长度为450mm,圆度偏差0.03mm,直线度偏差0.045mm/450mm,粗糙度1.22μm;
3)装载电极棒至反应室中,对反应室抽真空至2×10-3Pa,向反应室充入氦气,使腔室内压力为0.13MPa,氧含量0.002%,氧含量按质量百分比计;
4)PREP制粉设备的等离子枪功率为200kW,等离子炬包含钨阴极和铜阳极,电极棒不做电极,等离子体对电极棒端部进行加热,电极棒转速为11000r/min,使端部均匀熔化,雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出并形成液滴,液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒,落入反应室底部收集器中;
5)在惰性气体保护下,对制得的GH4133合金粉末筛分和包装。
所述的GH4133合金粉末平均粒度为277μm。
实施例2
一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法,包括以下步骤:
1)按照GH4133的成分配料,Cr:20.5%,Al:0.94%,Ti:2.78%,C:0.022%,Nb:1.23,Ni为基体,采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼GH4133合金棒,制成电极棒;
2)将熔炼的GH4133合金棒精车加工成电极棒,加工后的电极棒的直径为75mm,长度为650mm,圆度偏差0.025mm,直线度偏差0.025mm/650mm,粗糙度0.58μm;
3)装载电极棒至反应室中,对反应室抽真空至7×10-3Pa,向反应室充入氦气,使腔室内压力为0.14MPa,氧含量0.003%,氧含量按质量百分比计;
4)PREP制粉设备的等离子枪功率为100kW,等离子炬包含钨阴极和铜阳极,电极棒不做电极,等离子体对电极棒端部进行加热,电极棒转速为28000r/min,使端部均匀熔化,雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出并形成液滴,液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒,落入反应室底部收集器中;
5)在惰性气体保护下,对制得的GH4133合金粉末筛分和包装。
所述的GH4133合金粉末平均粒度为51μm。
所述的步骤4)粉末圆形度为99.6%。
实施例3
一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法,包括以下步骤:
1)按照GH4133的成分为配料,按质量百分比,Cr:21.0%,Al:1.10%,Ti:2.75%,C:0.043%,Nb:1.52%,B:0.012%,Ce:0.012%,预料Ni为基体,采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼GH4133合金棒,制成电极棒;
2)将熔炼的GH4133合金棒精车加工成电极棒,加工后的电极棒的直径为65mm,长度为800mm,圆度偏差0.06mm,直线度偏差0.04mm/800mm,粗糙度1.23μm;
3)装载电极棒至反应室中,对反应室抽真空至3×10-3Pa,向反应室充入氦气,使腔室内压力为0.14MPa,氧含量0.003%,氧含量按质量百分比计;
4)PREP制粉设备的等离子枪功率为300kW,等离子炬包含钨阴极和铜阳极,电极棒不做电极,等离子体对电极棒端部进行加热,电极棒转速为17000r/min,使端部均匀熔化,雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出并形成液滴,液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒,落入反应室底部收集器中;
5)在惰性气体保护下,对制得的GH4133合金粉末筛分和包装。
所述的GH4133合金粉末平均粒度为86μm。
所述的步骤4)粉末圆形度为99.7%。
所述的粉末整体形貌及能谱如附图1、附图2所示,从微观形貌能看出该方法制备的GH4133合金粉末非常纯净,圆形度高,没有非球形粉末颗粒。

Claims (7)

1.一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)按照GH4133合金的成分配料,采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼GH4133合金棒,制成电极棒;
2)对熔炼的GH4133合金棒精车加工成电极棒,加工后的电极棒的直径为10-100mm,长度为100-1000mm,圆度偏差小于0.1mm,直线度偏差小于0.1mm/m,粗糙度小于1.6μm;
3)装载电极棒至反应室中,对反应室抽真空至10-3-10-2Pa,向反应室充入氦气、氩气或氦氩混合气,使腔室内压力为0.01-1MPa,气氛中氧含量小于0.1wt%,氧含量按质量百分比计;
4)PREP制粉设备的等离子枪功率为100-300kW,等离子炬包含钨阴极和铜阳极,电极棒不做电极,等离子体对电极棒端部进行加热,使电极棒端部均匀熔化,电极棒转速为10000-30000r/min,雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出,形成液滴,液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒,落入反应室底部收集器中;
5)在惰性气体保护下,对制得的GH4133合金粉末筛分和包装;
所述的GH4133合金包括以下组分:按质量百分比计,Cr:19.0~22.0%,Al:0.70~1.20%,Ti:2.50~3.00%,C:≤0.07%,Nb:1.15~1.65, 0-1wt%的B元素,Ce元素,余料Ni为基体。
2.根据权利要求1所述的一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法,其特征在于,所述的GH4133合金粉末的平均粒度为40μm-400μm。
3.根据权利要求1所述的一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法,其特征在于,所述的GH4133合金粉末为平均粒度小于53μm的超细粉末。
4.根据权利要求1所述的一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法,其特征在于,所述的步骤4)制粉过程中圆形度为98%以上。
5.根据权利要求1所述的一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)按照GH4133的成分配料,Cr:19.9%,Al:1.12%,Ti:2.56%,C:0.044%,Nb:1.54%,B:0.012%,Ce:0.01%,预料Ni为基体,采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼成GH4133合金棒,,制成电极棒;
2)将熔炼的GH4133合金棒精车加工成电极棒,加工后的电极棒的直径为55mm,长度为450mm,圆度偏差0.03mm,直线度偏差0.045mm/450mm,粗糙度1.22μm;
3)装载电极棒至反应室中,对反应室抽真空至2×10-3Pa,向反应室充入氦气,使腔室内压力为0.13MPa,氧含量0.002%,氧含量按质量百分比计;
4)PREP制粉设备的等离子枪功率为200kW,等离子炬包含钨阴极和铜阳极,电极棒不做电极,等离子体对电极棒端部进行加热,电极棒转速为11000r/min,使端部均匀熔化,雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出并形成液滴,液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒,落入反应室底部收集器中;
5)在惰性气体保护下,对制得的GH4133合金粉末筛分和包装。
6.根据权利要求1所述的一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)按照GH4133的成分配料,Cr:20.5%,Al:0.94%,Ti:2.78%,C:0.022%,Nb:1.23,Ni为基体,采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼GH4133合金棒,制成电极棒;
2)将熔炼的GH4133合金棒精车加工成电极棒,加工后的电极棒的直径为75mm,长度为650mm,圆度偏差0.025mm,直线度偏差0.025mm/650mm,粗糙度0.58μm;
3)装载电极棒至反应室中,对反应室抽真空至7×10-3Pa,向反应室充入氦气,使腔室内压力为0.14MPa,氧含量0.003%,氧含量按质量百分比计;
4)PREP制粉设备的等离子枪功率为100kW,等离子炬包含钨阴极和铜阳极,电极棒不做电极,等离子体对电极棒端部进行加热,电极棒转速为28000r/min,使端部均匀熔化,雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出并形成液滴,液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒,落入反应室底部收集器中;
5)在惰性气体保护下,对制得的GH4133合金粉末筛分和包装。
7.根据权利要求1所述的一种超细高等级球形GH4133合金粉末的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)按照GH4133的成分为配料,按质量百分比,Cr:21.0%,Al:1.10%,Ti:2.75%,C:0.043%,Nb:1.52%,B:0.012%,Ce:0.012%,预料Ni为基体,采用真空感应熔炼和电渣重熔工艺熔炼GH4133合金棒,制成电极棒;
2)将熔炼的GH4133合金棒精车加工成电极棒,加工后的电极棒的直径为65mm,长度为800mm,圆度偏差0.06mm,直线度偏差0.04mm/800mm,粗糙度1.23μm;
3)装载电极棒至反应室中,对反应室抽真空至3×10-3Pa,向反应室充入氦气,使腔室内压力为0.14MPa,氧含量0.003%,氧含量按质量百分比计;
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