CN106676363A - 一种新型高温合金铸件的生产工艺 - Google Patents

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顾金才
徐卫明
周青春
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    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon

Abstract

一种新型高温合金铸件的生产工艺，具体步骤为：脱气处理、电渣重熔处理、锻造成型、热等静压处理、热处理和检验。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本通过两次分布加碳的方法，进行脱气处理，有效去除合金液中的O，并最终有效控制合金中的O和N；采用电渣重熔工艺，使得经电渣重熔的合金，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、合金锭子表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀；采用热等静压处理，使得铸件得以烧结和致密化，提高铸件的整体力学性能；采用热处理，获得的铸造件具有组织状态良好的综合性能；利用金属机械加工设备，铸件外形、内部尺寸等进一步精确加工，并绝对铸件进行检验，保证了铸件的质量，具有良好的市场前景。

Description

一种新型高温合金铸件的生产工艺
技术领域
本发明涉及合金铸件工艺技术领域，尤其涉及一种新型高温合金铸件的生产工艺。
背景技术
高温合金的主要元素有铬、钴、铝、钛、镍、钼、钨等。常用的高温合金有铁基、镍基和钴基3种。高温合金材料牌号为ZG50Ni36Cr26Co15W5，其含有一定量的铬和镍等元素，屈服强度ReL≥ 315MPa，抗拉强度Rm≥ 480MPa，延伸率A ≥ 3%，合金成分比较简单，成本较低。主要用于制作航空发动机和工业燃气轮机上涡轮盘，也可以制作导向叶片、涡轮叶片、燃烧室，以及其他承力件、紧固件等，另一用途是制作柴油机上的废气增压涡轮。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种新型高温合金铸件的生产工艺。
为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：
一种新型高温合金铸件的生产工艺，其特征在于：具体步骤为：
（1）将1/2C与部分Ni置于真空炉坩埚底部，然后向真空炉坩埚内添加Si、Mn、Cr、Mo、W、P、S、Co，最后将剩余的Ni置于顶部；接着将真空炉坩埚抽内真空度1Mpa，升温至1600～1750℃，进行高温精炼；随后加入剩余的1/2C，降温至1450～1500℃，直至C全部熔清；再保持温度1450～1500℃，进行低温精炼；最后降温冷却至1400～1430℃，出坩埚，浇注成圆棒，并将圆棒表面砂磨精整、备用；
（2）将CaF2、CaO2和Al2O3制成电渣重熔的渣料，并加热至熔融状态，倒入结晶器中，并向结晶器的壳体壁内通入低温冷却水，然后将步骤（1）中制备的圆棒缓慢下降到熔融的电渣重熔的渣料中，并通电起弧，调整重熔电压至50～70V、电流4000～7000A；圆棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的圆棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净，表面光洁的合金锭；
（3）将步骤（2）中的合金锭在1150℃保温1～2h，利用锻压机械对高温合金锭施加压力，使其产生塑性变形，获得具有一定机械性能、形状和尺寸的铸件，锻造过程中回炉3～5次；
（4）将步骤（3）得到的铸件放入热等静压机内，控制温度1000～1200℃，压力100～200Mpa，保持30～50min；接着取出放入热处理炉内，控制温度1150～1200℃、保温10～30h，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；随后放入真空气淬炉，控制温度900～1000℃，保温5～10h，以50～100℃/h的速度冷却至500～600℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；最后再放入箱式电炉，控制温度700～750℃，保温5～10h，以50～60℃/h的速度冷却至400～450℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；
（5）利用金属机械加工设备，对步骤（4）得到的铸件外形、内部尺寸等进一步精确加工；
（6）检验步骤（5）得到的铸件的外观和尺寸，对不合格的重新锻造或机加工，然后用超声波无损探伤仪检测铸件内部是否有裂痕，如有裂痕则为废品，检验合格的为成品，入库。
本发明的一种新型高温合金铸件的生产工艺，首先通过两次分布加碳的方法，进行脱气处理，有效的使C与合金液中的O进行反应，有效去除合金液中的O，并最终有效控制合金中的O和N，接着进行高温精炼和低温精炼，并制成自熔电极棒，为后续电渣重熔做准备。
随后制备电渣重熔的渣料，并加热至熔融状态，倒入结晶器中，并向结晶器的壳体壁内通入低温冷却水，然后将制备的自熔电极棒缓慢下降到熔融的电渣重熔的渣料中，并通电起弧，熔化后的自熔电极棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净，表面光洁的合金锭。如此，经电渣重熔的合金，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、合金锭子表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀。
接着利用锻压机械对高温合金锭施加压力，使其产生塑性变形，获得具有一定机械性能、形状和尺寸的铸件，锻造成型。
然后将铸件放入热等静压机内，进行热等静压处理，使得铸件得以烧结和致密化,通过热等静压处理后，铸件可以达到100%致密化，提高铸件的整体力学性能；之后进行热处理，以获得所要求的组织状态和良好的综合性能。
最后，利用金属机械加工设备，铸件外形、内部尺寸等进一步精确加工，并绝对铸件进行检验，检验合格的为成品，入库。
进一步的，所述步骤（1）中的组成成分以及各成分的重量份数分别为：C 0.45～0.55份、Si 0.75～1.6份、Mn 0.1～0.7份、Cr 24.0～28.0份、Ni 34.0～38.0份、Mo ≤0.50份、W 4.0～6.0份、P ≤0.035份、S ≤0.035份、Co 13.0～17.0份。
进一步的，所述步骤（2）中渣料的组成成分以及各成分的重量份数分别为：CaF2 40～70份、CaO2 10～30份、Al2O3 10～30份。
进一步的，所述步骤（4）中纯氩气进行高压气吹，分3～5次气吹，每次0.5～3s，气吹次数越多，每次气吹时间越短。
进一步的，所述步骤（5）中的金属机械加工设备包括：车床、铣床、铇床和镗床等。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明与传统的高温合金铸件制备工艺相比，通过两次分布加碳的方法，进行脱气处理，有效的使C与合金液中的O进行反应，有效去除合金液中的O，并最终有效控制合金中的O和N；采用电渣重熔工艺，使得经电渣重熔的合金，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、合金锭子表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀；在热处理前采用热等静压处理，使得铸件得以烧结和致密化,通过热等静压处理后，铸件可以达到100%致密化，提高铸件的整体力学性能；采用热处理，获得的铸造件具有组织状态良好的综合性能；利用金属机械加工设备，铸件外形、内部尺寸等进一步精确加工，并绝对铸件进行检验，保证了铸件的质量，具有良好的市场前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种新型高温合金铸件的生产工艺，具体步骤为：
（1）将1/2C与部分Ni置于真空炉坩埚底部，然后向真空炉坩埚内添加Si、Mn、Cr、Mo、W、P、S、Co，最后将剩余的Ni置于顶部；接着将真空炉坩埚抽内真空度1Mpa，升温至1600℃，进行高温精炼；随后加入剩余的1/2C，降温至1500℃，直至C全部熔清；再保持温度1500℃，进行低温精炼；最后降温冷却至1430℃，出坩埚，浇注成圆棒，并将圆棒表面砂磨精整、备用；
其中，C 0.45份、Si 0.75份、Mn 0.1份、Cr 24.0份、Ni 34.0份、Mo 0.40份、W 6.0份、P0.034份、S 0.033份、Co 13.0份；
（2）将CaF2、CaO2和Al2O3制成电渣重熔的渣料，并加热至熔融状态，倒入结晶器中，并向结晶器的壳体壁内通入低温冷却水，然后将步骤（1）中制备的圆棒缓慢下降到熔融的电渣重熔的渣料中，并通电起弧，调整重熔电压至50V、电流7000A；圆棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的圆棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净，表面光洁的合金锭；
其中，渣料的组成成分以及各成分的重量份数分别为：CaF2 40份、CaO2 30份、Al2O3 10份；
（3）将步骤（2）中的合金锭在1150℃保温1h，利用锻压机械对高温合金锭施加压力，使其产生塑性变形，获得具有一定机械性能、形状和尺寸的铸件，锻造过程中回炉5次；
（4）将步骤（3）得到的铸件放入热等静压机内，控制温度1000℃，压力200Mpa，保持30min；接着取出放入热处理炉内，控制温度1200℃、保温10h，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；随后放入真空气淬炉，控制温度1000℃，保温5h，以100℃/h的速度冷却至500℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；最后再放入箱式电炉，控制温度750℃，保温5h，以60℃/h的速度冷却至400℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；其中，纯氩气进行高压气吹，分5次气吹，每次0.5s；
（5）利用铣床，对步骤（4）得到的铸件外形、内部尺寸等进一步精确加工；
（6）检验步骤（5）得到的铸件的外观和尺寸，对不合格的重新锻造或机加工，然后用超声波无损探伤仪检测铸件内部是否有裂痕，如有裂痕则为废品，检验合格的为成品，入库。
实施例2
一种新型高温合金铸件的生产工艺，具体步骤为：
（1）将1/2C与部分Ni置于真空炉坩埚底部，然后向真空炉坩埚内添加Si、Mn、Cr、Mo、W、P、S、Co，最后将剩余的Ni置于顶部；接着将真空炉坩埚抽内真空度1Mpa，升温至1750℃，进行高温精炼；随后加入剩余的1/2C，降温至1450℃，直至C全部熔清；再保持温度1450℃，进行低温精炼；最后降温冷却至1400℃，出坩埚，浇注成圆棒，并将圆棒表面砂磨精整、备用；
其中，C 0.55份、Si 0.75份、Mn 0.7份、Cr 24.0份、Ni 38.0份、Mo 0.30份、W 4.0份、P0.032份、S 0.031份、Co 17.0份；
（2）将CaF2、CaO2和Al2O3制成电渣重熔的渣料，并加热至熔融状态，倒入结晶器中，并向结晶器的壳体壁内通入低温冷却水，然后将步骤（1）中制备的圆棒缓慢下降到熔融的电渣重熔的渣料中，并通电起弧，调整重熔电压至70V、电流4000A；圆棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的圆棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净，表面光洁的合金锭；
其中，渣料的组成成分以及各成分的重量份数分别为：CaF2 70份、CaO2 10份、Al2O3 30份；
（3）将步骤（2）中的合金锭在1150℃保温2h，利用锻压机械对高温合金锭施加压力，使其产生塑性变形，获得具有一定机械性能、形状和尺寸的铸件，锻造过程中回炉3次；
（4）将步骤（3）得到的铸件放入热等静压机内，控制温度1200℃，压力100Mpa，保持50min；接着取出放入热处理炉内，控制温度1150℃、保温30h，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；随后放入真空气淬炉，控制温度900℃，保温10h，以50℃/h的速度冷却至600℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；最后再放入箱式电炉，控制温度700℃，保温10h，以50℃/h的速度冷却至450℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；其中，纯氩气进行高压气吹，分3次气吹，每次3s；
（5）利用车床，对步骤（4）得到的铸件外形、内部尺寸等进一步精确加工；
（6）检验步骤（5）得到的铸件的外观和尺寸，对不合格的重新锻造或机加工，然后用超声波无损探伤仪检测铸件内部是否有裂痕，如有裂痕则为废品，检验合格的为成品，入库。
实施例3
一种新型高温合金铸件的生产工艺，具体步骤为：
（1）将1/2C与部分Ni置于真空炉坩埚底部，然后向真空炉坩埚内添加Si、Mn、Cr、Mo、W、P、S、Co，最后将剩余的Ni置于顶部；接着将真空炉坩埚抽内真空度1Mpa，升温至1650℃，进行高温精炼；随后加入剩余的1/2C，降温至1480℃，直至C全部熔清；再保持温度1480℃，进行低温精炼；最后降温冷却至1420℃，出坩埚，浇注成圆棒，并将圆棒表面砂磨精整、备用；
其中，C 0.50份、Si 1.2份、Mn 0.4份、Cr 26.0份、Ni 36.0份、Mo 0.25份、W 5.0份、P0.025份、S 0.025份、Co 15.0份；
（2）将CaF2、CaO2和Al2O3制成电渣重熔的渣料，并加热至熔融状态，倒入结晶器中，并向结晶器的壳体壁内通入低温冷却水，然后将步骤（1）中制备的圆棒缓慢下降到熔融的电渣重熔的渣料中，并通电起弧，调整重熔电压至60V、电流5000A；圆棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的圆棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净，表面光洁的合金锭；
其中，渣料的组成成分以及各成分的重量份数分别为：CaF2 60份、CaO2 20份、Al2O3 20份；
（3）将步骤（2）中的合金锭在1150℃保温1.5h，利用锻压机械对高温合金锭施加压力，使其产生塑性变形，获得具有一定机械性能、形状和尺寸的铸件，锻造过程中回炉4次；
（4）将步骤（3）得到的铸件放入热等静压机内，控制温度1100℃，压力150Mpa，保持40min；接着取出放入热处理炉内，控制温度1170℃、保温20h，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；随后放入真空气淬炉，控制温度950℃，保温7h，以70℃/h的速度冷却至550℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；最后再放入箱式电炉，控制温度730℃，保温7h，以55℃/h的速度冷却至430℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；其中，纯氩气进行高压气吹，分4次气吹，每次2s，气吹次数越多，每次气吹时间越短；
（5）利用镗床，对步骤（4）得到的铸件外形、内部尺寸等进一步精确加工；
（6）检验步骤（5）得到的铸件的外观和尺寸，对不合格的重新锻造或机加工，然后用超声波无损探伤仪检测铸件内部是否有裂痕，如有裂痕则为废品，检验合格的为成品，入库。

Claims (5)

1.一种新型高温合金铸件的生产工艺，其特征在于：具体步骤为：
(1)将1/2C与部分Ni置于真空炉坩埚底部，然后向真空炉坩埚内添加Si、Mn、Cr、Mo、W、P、S、Co，最后将剩余的Ni置于顶部；接着将真空炉坩埚抽内真空度1Mpa，升温至1600～1750℃，进行高温精炼；随后加入剩余的1/2C，降温至1450～1500℃，直至C全部熔清；再保持温度1450～1500℃，进行低温精炼；最后降温冷却至1400～1430℃，出坩埚，浇注成圆棒，并将圆棒表面砂磨精整、备用；
(2)将CaF2、CaO2和Al2O3制成电渣重熔的渣料，并加热至熔融状态，倒入结晶器中，并向结晶器的壳体壁内通入低温冷却水，然后将步骤(1)中制备的圆棒缓慢下降到熔融的电渣重熔的渣料中，并通电起弧，调整重熔电压至50～70V、电流4000～7000A；圆棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的圆棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净，表面光洁的合金锭；
(3)将步骤(2)中的合金锭在1150℃保温1～2h，利用锻压机械对高温合金锭施加压力，使其产生塑性变形，获得具有一定机械性能、形状和尺寸的铸件，锻造过程中回炉3～5次；
(4)将步骤(3)得到的铸件放入热等静压机内，控制温度1000～1200℃，压力100～200Mpa，保持30～50min；接着取出放入热处理炉内，控制温度1150～1200℃、保温10～30h，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；随后放入真空气淬炉，控制温度900～1000℃，保温5～10h，以50～100℃/h的速度冷却至500～600℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；最后再放入箱式电炉，控制温度700～750℃，保温5～10h，以50～60℃/h的速度冷却至400～450℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；
(5)利用金属机械加工设备，对步骤(4)得到的铸件外形、内部尺寸等进一步精确加工；
(6)检验步骤(5)得到的铸件的外观和尺寸，对不合格的重新锻造或机加工，然后用超声波无损探伤仪检测铸件内部是否有裂痕，如有裂痕则为废品，检验合格的为成品，入库。
2.根据权利要求1所述的一种新型高温合金铸件的生产工艺，其特征在于：所述步骤(1)中的组成成分以及各成分的重量份数分别为：C 0.45～0.55份、Si 0.75～1.6份、Mn0.1～0.7份、Cr 24.0～28.0份、Ni 34.0～38.0份、Mo≤0.50份、W 4.0～6.0份、P≤0.035份、S≤0.035份、Co 13.0～17.0份。
3.根据权利要求1所述的一种新型高温合金铸件的生产工艺，其特征在于：所述步骤(2)中渣料的组成成分以及各成分的重量份数分别为：CaF2 40～70份、CaO2 10～30份、Al2O3 10～30份。
4.根据权利要求1所述的一种新型高温合金铸件的生产工艺，其特征在于：所述步骤(4)中纯氩气进行高压气吹，分3～5次气吹，每次0.5～3s，气吹次数越多，每次气吹时间越短。
5.根据权利要求1所述的一种新型高温合金铸件的生产工艺，其特征在于：所述步骤(5)中的金属机械加工设备包括：车床、铣床、铇床和镗床等。
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