CN110358947B - 一种用于高温合金熔炼的镍钨中间合金及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种合金及其制备方法和应用，尤其涉及一种用于高温合金熔炼的镍钨中间合金及其制备方法和应用，属于合金冶炼技术领域。一种用于高温合金熔炼的镍钨中间合金，含有以下重量百分比的元素：W 40～42％，Si≤0.15％，Al≤1％，Fe≤0.1％，C≤0.01％，Co≤0.01％，Cu≤0.01％，S≤0.005％，P≤0.005％，O≤0.01％,N≤0.002％，Cd≤10ppm，Sb≤10ppm，Sn≤10ppm，Bi≤5ppm，Pb≤10ppm，As≤10ppm，Ni余量。本发明的有益效果是：中间合金制备工艺简单易行。应用于镍基高温合金熔炼时，添加方便。应用于镍基高温合金熔炼时，易于熔化。应用于镍基高温合金熔炼时，成分更加均匀。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金及其制备方法和应用，尤其涉及一种用于高温合金熔炼的镍钨中间合金及其制备方法和应用，属于合金冶炼技术领域。
背景技术
镍基高温合金含有大量的稀有难熔金属如：钨、钼、铌、钽等，价值非常昂贵，而且熔模精密铸造过程中会产生大量的浇道、冒口等返回料，一般不小于30％，因此生产时，返回料、不合格品调整成分和改牌号熔炼是常见的做法，也是节能降耗降，降低成本必不可少的工作。往往在合料熔炼过程中，添加钨时，会出现元素钨很难化清的现象，原因：首先已经合金化的高温合金熔体不允许过高的熔炼温度，以避免易挥发元素铝、铬等的烧损以及坩埚反应造成氧含量增加。高温合金的熔点一般在1300℃左右，因此熔炼温度一般选择1450℃～1550℃，而钨的熔点是3410℃，在此熔炼温度下添加金属单质钨很难熔化，往往会造成坩埚底部有钨未完全熔化。其次镍基高温合金一般密度在8.0g/cm3左右,而金属钨的密度19.3g/cm3，高温合金熔炼时添加的金属钨会下沉到坩埚底部，而坩埚底部是熔炼的低温区，电磁搅拌效果非常差，进一步造成钨沉积，给熔炼工作带来困难。因此在高温合金料回收利用，重熔添加钨元素时，急需一种方法解决熔炼困难，提高熔炼效率，改善合金成分均匀性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出一种合金及其制备方法和应用，提高熔炼效率，改善合金成分均匀性。
本发明首先提供一种用于高温合金熔炼的镍钨中间合金，含有以下重量百分比的元素：W 40～42％，Si≤0.15％，Al≤1％，Fe≤0.1％，C≤0.01％，Co≤0.01％，Cu≤0.01％，S≤0.005％，P≤0.005％，O≤0.01％,N≤0.002％，Cd≤10ppm，Sb≤10ppm，Sn≤10ppm，Bi≤5ppm，Pb≤10ppm，As≤10ppm，Ni余量。
上述镍钨中间合金由以下重量份的原料制成，氧化钨51.5-55.5份，雾化镍粉57-59份，铝粉19-20份，萤石2.5-3.5份，氯酸钠12.5-13.5份。
具体地，所述镍钨中间合金由以下重量份的原料制成，氧化钨52份，雾化镍粉58份，铝粉19份，萤石3份，氯酸钠13份。或所述镍钨中间合金由以下重量份的原料制成，氧化钨53份，雾化镍粉58份，铝粉20份，萤石3份，氯酸钠13份。或所述镍钨中间合金由以下重量份的原料制成，氧化钨54份，雾化镍粉58份，铝粉19份，萤石3份，氯酸钠13份。或所述镍钨中间合金由以下重量份的原料制成，氧化钨55份，雾化镍粉58份，铝粉19份，萤石3份，氯酸钠13份。
本发明进一步提供用于高温合金熔炼的镍钨中间合金的制备方法，根据配方数量称取原料，按照炉外铝热法工艺，烘干、混料、装入真空铝热还原炉、抽真空、充氩气、点火、冷却、破空、取合金、除渣、精整、破碎。
本发明再进一步提供用于高温合金熔炼的镍钨中间合金的应用，包括在镍基合金熔炼过程中，根据高温合金需要添加的钨质量数折合成镍钨中间合金的质量数，随炉料添加。
本发明设计配比所得镍钨中间合金熔化温度约1500℃与镍基高温合金重熔温度接近，因此很容易熔化。本发明设计的镍钨中间合金密度约13.0g/cm3，低于金属单质钨的密度19.3g/cm3，因此更容易搅拌均匀。本发明设计的镍钨中间合金，根据需要添加的钨元素计算量随炉添加等多种添加方式，简便易行。其有益效果是：本中间合金制备工艺简单易行。应用于镍基高温合金熔炼时，添加方便。应用于镍基高温合金熔炼时，易于熔化。应用于镍基高温合金熔炼时，成分更加均匀。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作更进一步的举例说明。
实施例1
(1)按照配方称取：
| 原料名称 | 氧化钨 | 雾化镍粉 | 铝粉 | 萤石 | 氯酸钠 |
| 配料数Kg | 52 | 58 | 19 | 3 | 13 |
(2)原料经过干燥后混合均匀，装入反应炉，采用上部点火自蔓延反应，反应结束冷却后，取出底部合金锭，精整破碎，称重，取样检测。
(3)获得99.5Kg镍钨中间合金,检测成分如下：
W:40.2％，Si：0.12％，Al：0.7％，Fe：0.08％，C：0.009％，Co：0.06％，Cu：0.01％，S：0.002％，P：0.003％，O：0.01％，N：0.0015％，Cd：5ppm，Sb：3ppm，Sn：8ppm，Bi：2ppm，Pb：7ppm，As:4ppm，Ni余量。
实施例2
(1)按照配方称取：
| 原料名称 | 氧化钨 | 雾化镍粉 | 铝粉 | 萤石 | 氯酸钠 |
| 配料数Kg | 53 | 58 | 20 | 3 | 13 |
(2)原料经过干燥后混合均匀，装入反应炉，采用上部点火自蔓延反应，反应结束冷却后，取出底部合金锭，精整破碎，称重，取样检测。
(3)获得100.2kg镍钨中间合金，检测成分如下：
W:40.7％，Si：0.13％，Al：0.8％，Fe：0.05％，C：0.007％，Co：0.04％，Cu：0:008％，S：0.003％，P：0.003％，O：0.008％，N:0.002％,Cd：5ppm，Sb：2ppm，Sn：5ppm，Bi：1ppm，Pb：5ppm，As:2ppm，Ni余量。
实施例3
(1)按照配方称取：
| 原料名称 | 氧化钨 | 雾化镍粉 | 铝粉 | 萤石 | 氯酸钠 |
| 配料数Kg | 54 | 58 | 20 | 3 | 13 |
(2)原料经过干燥后混合均匀，装入反应炉，采用上部点火自蔓延反应，反应结束冷却后，取出底部合金锭，精整破碎，称重，取样检测。
(3)获得99kg镍钨中间合金检测成分如下：
W:41.1％，Si：0.10％，Al：0.5％，Fe：0.08％，C：0.005％，Co：0.03％，Cu：0:004％，S：0.003％，P：0.004％，O：0.009％，N：0.0014％，Cd：7ppm，Sb：6ppm，Sn：4ppm，Bi：3ppm，Pb：9ppm，As:2ppm，Ni余量。
实施例4
(1)按照配方称取：
| 原料名称 | 氧化钨 | 雾化镍粉 | 铝粉 | 萤石 | 氯酸钠 |
| 配料数Kg | 55 | 58 | 20 | 3 | 13 |
(2)原料经过干燥后混合均匀，装入反应炉，采用上部点火自蔓延反应，反应结束冷却后，取出底部合金锭，精整破碎，称重，取样检测。
(3)获得100.5kg镍钨中间合金检测成分如下：
W:41.7％，Si：0.11％，Al：0.6％，Fe：0.07％，C：0.004％，Co：0.05％，Cu：0:003％，S：0.001％，P：0.0015％，O：0.008％，N：0.0014％，Cd：2ppm，Sb：6ppm，Sn：4ppm，Bi：3ppm，Pb：4ppm，As:2ppm，Ni余量。
上述实施例的应用如下：
以熔炼100公斤MAR-M246合金为例，化学成分要求如下：
| 元素 | C | Mn | Si | D | S | Cr | W |
| 要求 | 0.13～0.17 | ≤0.2 | ≤0.2 | - | ≤0.015％ | 8.0～10.0 | 9.0～11.0 |
| 元素 | Fe | Mo | Al | Ti | B | Co | Cu |
| 要求 | ≤1 | 2.25～2.75 | 5.25～5.75 | 1.25～1.75 | 0.01～0.02 | 9.0～11.0 | ≤0.1 |
| 元素 | Ta | Zr | Nl | ||||
| 要求 | 1.25～1.75 | 0.03～0.09 | Rest |
应用实施例1
(1)以熔炼100公斤MAR-M246合金为例，称取原料：石墨碳0.145kg，金属铬8.94，应用实施例1中获得的镍钨中间合金24.6kg，金属钼2.5kg，金属钽1.65kg电解钴10kg，电解铝5.5kg，海绵钛1.5kg镍硼中间合金0.094kg，海绵锆0.04kg，电解镍45kg。
(2)按照正常工艺采用真空感应炉熔炼母合金，随炉加入钨配入量9.9％的24.6公斤制备实施例1的镍钨中间合金，正常工艺浇铸成母合金铸锭，切割冒口及底部，扒皮，取样，检测成分。
(3)检测获得的MAR-M246母合金化学成分如下(wt％)：
应用实施例2
(1)以熔炼100公斤MAR-M246合金为例，采用原料牌号(K417G)合金化学成分如下(wt％)：
| 元素 | C | Mn | Si | P | S | Cr | W |
| 实测 | 0.2 | 0.0008 | 0.002 | 0.0005 | 0.0007 | 9.1 | 0.05 |
| 元素 | Fe | Mo | A1 | Ti | B | Co | Cu |
| 实测 | 0.001 | 3.2 | 5.0 | 4.2 | 0.017 | 10.2 | 0.002 |
| 元素 | Ta | Zr | NI | ||||
| 实测 | 0.001 | 0.075 | Rest |
(2)称取以上合金返回料35.7kg按照正常工艺采用真空感应炉熔炼母合金，称取石墨碳0.074Kg，金属铬5.68kg，制备实施例2获得的镍钨中间合金24.3kg，金属钼1.36kg，金属钽1.65kg，电解钴6.36kg，电解铝3.78kg，镍硼中间合金0.056kg海绵锆0.007kg，电解镍21kg。
(3)按照正常高温合金熔炼工艺加料、熔炼、精炼、最后加入35.7kg的母合金返回料，浇铸成母合金锭。切割冒口及底部，扒皮，取样，检测成分。
检测获得的MAR-M246母合金化学成分如下(wt％)：
应用实施例3
(1)以熔炼100公斤MAR-M246合金为例，采用原料牌号MAR-M246
不合格品，化学成分如下：
| 元素 | C | Mn | Si | P | S | Cr | W |
| 实测 | 0.15 | 0.0010 | 0.03 | 0.0015 | 0.0005 | 8.8 | 8.0 |
| 元素 | Fe | Mo | A1 | Ti | B | Co | Cu |
| 实测 | 0.001 | 2.45 | 5.6 | 1.5 | 0.016 | 10.0 | 0.003 |
| 元素 | Ta | Zr | NI | ||||
| 实测 | 1.6 | 0.04 | Rest |
(2)称取石墨碳0.13Kg，金属铬8.43kg，制备实施例3获得的镍钨中间合金6.46kg，金属钼2.36kg，金属钽1.56kg，电解钴9.43kg，电解铝5.03kg，海绵钛1.41kg镍硼中间合金0.09kg海绵锆0.03kg。先将以上原料按照高温合金熔炼工艺熔炼成半成品母合金铸锭，然后切割，扒皮，检测成分如下：
| 元素 | C | Mn | Si | P | S | Cr | W |
| 实测 | 0.15 | 0.008 | 0.02 | 0.002 | 0.0006 | 8.9 | 28.2 |
| 元素 | Fe | Mo | Al | Ti | B | Co | Cu |
| 实测 | 0.002 | 2.5 | 5.7 | 1.5 | 0.016 | 10.0 | 0.003 |
| 元素 | Ta | Zr | NI | ||||
| 实测 | 1.65 | 0.04 | Rest |
(3)称取不合格品M246返回料90.57kg，称取如上半成品母合金9.43kg加入真空感应炉，熔炼浇铸成铸锭，扒皮，取样，检测成分。
检测获得的MAR-M246母合金化学成分如下：
应用实施例4
(1)以熔炼100公斤MAR-M246合金为例，采用原料牌号MAR-M246不合格品，化学成分如下：
| 元素 | C | Mn | Si | P | S | Cr | W |
| 实测 | 0.15 | 0.0007 | 0.03 | 0.0015 | 0.0004 | 8.9 | 9.5 |
| 元素 | Fe | Mo | A1 | Ti | B | Co | Cu |
| 实测 | 0.001 | 2.5 | 5.6 | 1.5 | 0.015 | 10.0 | 0.003 |
| 元素 | Ta | Zr | NI | ||||
| 实测 | 1.6 | 0.04 | Rest |
(2)称取以上母合金99kg，制备实施例4中的镍钨中间合金1.45kg，加入真空真空感应炉，按照正常高温合金熔炼母合金锭，切割、扒皮、检测如下：
从以上应用实例可以看出：无论是直接采用金属炉料及本发明的镍钨中间合金熔炼高温合金母合金产品，还是采用高温合金返回料与本发明的镍钨中间合金熔炼高温合金母合金产品，还是采用金属炉料与本发明镍钨中间合金熔炼成的高温合金半成品合金锭再与返回料重熔生产的高温合金母合金产品，其化学成分均能满足相应高温合金的技术要求，成分稳定，过程可靠。均能说明采用本发明的镍钨中间合金熔炼MAR-M246铸锭等含钨高温合金母合金锭时，采用镍钨中间合金的方式添加或调整钨含量简便易行，稳定可靠。
除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于高温合金熔炼的镍钨中间合金，含有以下重量百分比的元素：W 40～42%，Si≤0.15%，Al≤1%，Fe≤0.1%，C≤0.01%，Co≤0.01%，Cu≤0.01%，S≤0.005%，P≤0.005%，O≤0.01%,N≤0.002%，Cd≤10ppm，Sb≤10ppm，Sn≤10ppm，Bi≤5ppm，Pb≤10ppm，As≤10ppm，Ni余量;所述镍钨中间合金由以下重量份的原料按照炉外铝热法工艺制成，氧化钨51.5-55.5份，雾化镍粉57-59份，铝粉19-20份，萤石2.5-3.5份，氯酸钠12.5-13.5份。
2.根据权利要求1所述用于高温合金熔炼的镍钨中间合金，其特征在于：所述镍钨中间合金由以下重量份的原料制成，氧化钨52份，雾化镍粉58份，铝粉19份，萤石3份，氯酸钠13份。
3.根据权利要求1所述用于高温合金熔炼的镍钨中间合金，其特征在于：所述镍钨中间合金由以下重量份的原料制成，氧化钨53份，雾化镍粉58份，铝粉20份，萤石3份，氯酸钠13份。
4.根据权利要求1所述用于高温合金熔炼的镍钨中间合金，其特征在于：所述镍钨中间合金由以下重量份的原料制成，氧化钨54份，雾化镍粉58份，铝粉19份，萤石3份，氯酸钠13份。
5.根据权利要求1所述用于高温合金熔炼的镍钨中间合金，其特征在于：所述镍钨中间合金由以下重量份的原料制成，氧化钨55份，雾化镍粉58份，铝粉19份，萤石3份，氯酸钠13份。
6.根据权利要求1所述用于高温合金熔炼的镍钨中间合金的制备方法，根据配方数量称取原料，按照炉外铝热法工艺，烘干、混料、装入真空铝热还原炉、抽真空、充氩气、点火、冷却、破空、取合金、除渣、精整、破碎。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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