CN110484775A - 降低gh4169镍基合金锭冶金缺陷的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工艺方法，尤其是公开了一种降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷的工艺方法，属于镍基合金重熔生产工艺技术领域。提供一种成品质量缺陷少的降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷的工艺方法。所述的工艺方法以真空感应熔炼得到的GH4169镍基合金熔炼锭为基锭，通过一次均匀化处理、一次快锻镦拔和一次重熔来获得降低GH4169镍基合金锭的冶金缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种工艺方法，尤其是涉及一种降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷的工艺方法，属于镍基合金重熔生产工艺技术领域。
背景技术
高温合金因其具有较高的高温强度、良好的抗氧化及抗热蚀性能等综合性能，因此现代航空燃气涡轮发动机约50％以上质量的材料采用高温合金。其中，镍基高温合金的用量在发动机材料中约占40％，GH4169广泛应用于制备航空航天发动机、燃气轮机高性能零部件的重要金属材料。随着航空发动机推力和推重比不断增大、涡轮进口温度不断提高对镍基高温材料的抗热腐蚀能力、高温强度、蠕变强度以及抗疲劳性能等提出了更高的要求。镍基合金的产品质量一部分取决于合金锭的质量，为了保证其具备优异的质量水平，需要采用低冶金缺陷的镍基合金锭制备方法，生产出合格的合金锭。
目前，镍基高温合金几乎毫无例外地都采用真空感应熔炼法进行一次熔炼，然后再二次熔炼、甚三次熔炼；合金熔炼方式由双联工艺(真空感应熔炼VIM+真空自耗重熔VAR，真空感应熔炼VIM+保护气氛电渣重熔ESR)向三联工艺(真空感应熔炼VIM+保护气氛电渣重熔ESR+真空自耗重熔VAR)发展，合金锭宏观及微观偏析控制得到改善，成分均匀性得到了大幅提升；但是由于通过真空感应熔炼VIM或真空感应熔炼VIM+保护气氛电渣重熔ESR获得的合金锭存在化学成分偏析和芯部冶金等缺陷，导致大锭型合金锭在经过真空自耗重熔VAR后冶金缺陷时有发生，严重影响产品质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种成品质量缺陷少的降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷的工艺方法。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷的工艺方法，所述的工艺方法以真空感应熔炼得到的GH4169镍基合金熔炼锭为基锭，通过一次均匀化处理、一次快锻镦拔和一次重熔来获得降低GH4169镍基合金锭的冶金缺陷。
进一步的是，所述的重熔工序为以快锻镦拔后获得的GH4169镍基合金锻压锭为基锭进行的真空自耗重熔。
上述方案的优选方式是，所述真空自耗重熔的重熔过程为，
以快锻镦拔工序获得的化学成分均匀且组织致密的合金锭为基锭，先进行扒皮，然后再进行真空自耗重熔，重熔熔速稳定的控制在3～5kg/min，重熔后合金锭的直径控制在φ406～φ508mm之间。
进一步的是，所述的均匀化处理为以真空感应熔炼获得的直径为φ360～φ450mm的GH4169镍基合金熔炼锭为基锭进行的消除枝晶偏析的均匀化处理，其均匀化处理为，
均匀化温度为GH4169镍基合金初熔点温度以下10～20℃，均匀化时间25～40h。
上述方案的优选方式是，所述的快锻镦拔为以均匀化处理后获得的熔炼锭为基锭进行的一镦一拔一火成材快锻镦拔工序，其快锻镦拔过程为，
利用4500t压机整支进行镦粗，之后进行拔长，然后进行滚圆获得化学成分均匀且组织致密的直径φ370～φ460mm规格GH4169镍基合金锻压锭；镦拔过程的加热温度控制在1100～1150℃，镦粗压下率控制在30～40％，拔长压下率控制在14～20％。
进一步的是，
通过所述的真空感应熔炼工序获得GH4169镍基合金熔炼锭时，是按下述步骤进行的，
采用真空感应熔炼将各种原料熔炼成化学成分及非金属夹杂物满足要求的GH4169镍基合金，并真空浇铸成直径φ360～φ450mm规格的镍基合金熔炼锭。
本发明的有益效果是：本申请创新性的通过采用真空感应熔炼(VIM)进行一次熔炼获得GH4169镍基合金锭，然后对合金锭进行均匀化处理，使化学成分均匀，接着进行快锻镦拔，消除铸锭中心缺陷，最后采用真空自耗炉(VAR)进行最终的重熔，达到可以提高合金纯净度的目的，从而可以显著降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷，进而使获得的成品GH4169镍基合金锭的缺陷显著减少，以满足不同类型产品生产需要的镍基合金锭的质量要求。
具体实施方式
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供的一种成品质量缺陷少的降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷的工艺方法。所述的工艺方法以真空感应熔炼得到的GH4169镍基合金熔炼锭为基锭，通过一次均匀化处理、一次快锻镦拔和一次重熔来获得降低GH4169镍基合金锭的冶金缺陷。本申请创新性的通过采用真空感应熔炼(VIM)进行一次熔炼获得GH4169镍基合金锭，然后对合金锭进行均匀化处理，使化学成分均匀，接着进行快锻镦拔，消除铸锭中心缺陷，最后采用真空自耗炉(VAR)进行最终的重熔，达到可以提高合金纯净度的目的，从而可以显著降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷，进而使获得的成品GH4169镍基合金锭的缺陷显著减少，以满足不同类型产品生产需要的镍基合金锭的质量要求。
上述实施式方式中，结合工艺流程，以及为了最大限度的提高GH4169镍基合金锭的质量，降低生产过程中的冶金缺陷，本申请所述的重熔工序为以快锻镦拔后获得的GH4169镍基合金锻压锭为基锭进行的真空自耗重熔。具体来说，上述的真空感应熔炼、均匀化处理、快锻镦拔以及真空自耗重熔依据下述的流程进行。所述真空自耗重熔的重熔过程为，以快锻镦拔工序获得的化学成分均匀且组织致密的合金锭为基锭，先进行扒皮，然后再进行真空自耗重熔，重熔熔速稳定的控制在3～5kg/min，重熔后合金锭的直径控制在φ406～φ508mm之间；所述的均匀化处理为以真空感应熔炼获得的直径为φ360～φ450mm的GH4169镍基合金熔炼锭为基锭进行的消除枝晶偏析的均匀化处理，其均匀化处理为，均匀化温度为GH4169镍基合金初熔点温度以下10～20℃，均匀化时间25～40h；所述的快锻镦拔为以均匀化处理后获得的熔炼锭为基锭进行的一镦一拔一火成材快锻镦拔工序，其快锻镦拔过程为，利用4500t压机整支进行镦粗，之后进行拔长，然后进行滚圆获得化学成分均匀且组织致密的直径φ370～φ460mm规格GH4169镍基合金锻压锭；镦拔过程的加热温度控制在1100～1150℃，镦粗压下率控制在30～40％，拔长压下率控制在14～20％；通过所述的真空感应熔炼工序获得GH4169镍基合金熔炼锭时，是按下述步骤进行的，采用真空感应熔炼将各种原料熔炼成化学成分及非金属夹杂物满足要求的GH4169镍基合金，并真空浇铸成直径φ360～φ450mm规格的镍基合金熔炼锭。
综上所述，采用本申请提供的上述工艺方法来生产GH4169镍基合金锭还具有以下优点，
①通过将真空感应熔炼的GH4169镍基合金锭进行均匀化处理，消除枝晶偏析，使合金的组织和成分都达到比较均匀。
②通过一镦一拔使合金锭芯部产生应变，焊合芯部疏松、缩孔缺陷，获得化学成分均匀且组织致密的合金锭。
③最后将均匀化、镦拔后的合金锭进行重熔解决了VAR重熔过程元素的偏析和熔速不稳定的问题。
④采用VIM+均匀化处理+快锻镦拔+VAR工艺生产有效解决φ406～φ508mm大规格的GH4169镍基合金锭冶金缺陷的问题。
实施例1
该实施例是运用本发明的降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷的制造方法，通过真空感应熔炼、均匀化处理、快锻镦拔和真空自耗重熔步骤，生产φ406mm规格GH4169合金锭。
步骤A VIM熔炼：采用真空感应熔炼(VIM)将各种原料熔炼成化学成分及非金属夹杂物满足要求的GH4169合金，并真空浇铸成直径φ360mm规格的合金锭；步骤B均匀化处理：将步骤A获得的直径φ360mm规格的合金锭进行均匀化处理，均匀化温度为GH4169镍基合金初熔点温度以下20℃，均匀化时间25h。步骤C快锻镦拔：使用4500t压机将步骤B经过均匀化处理的合金锭进行一火次镦粗拔长，加热温度1100℃，控制镦粗压下率30％，拔长压下率16％，获得直径φ370mm且化学成分和组织均均匀的GH4169合金锭；步骤D VAR重熔：将步骤C获得的化学成分均匀且组织致密的合金锭进行扒皮，然后进行真空自耗重熔(VAR)，稳定控制重熔过程熔炼速率3kg/min，得到直径φ406mm规格合格的GH4169合金锭。对合金锭进行低倍检验，无冶金缺陷；对合金锭头、锭尾、芯部、1/2R、表面进行化学成分分析，从分析结果看化学成分均匀性良好。详细检验数据见表1。
表1、实施例1低倍检验结果及纵横向化学成分偏析情况
实施例2
该实施例是运用本发明的降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷的制造方法，通过真空感应熔炼、均匀化处理、快锻镦拔和真空自耗重熔步骤，生产φ508mm规格GH4169合金锭。
步骤A VIM熔炼：采用真空感应熔炼(VIM)将各种原料熔炼成化学成分及非金属夹杂物满足要求的GH4169合金，并真空浇铸成直径φ450mm规格的合金锭；步骤B均匀化处理：将步骤A获得的直径φ450mm规格的合金锭进行均匀化处理，均匀化温度为GH4169镍基合金初熔点温度以下10℃，均匀化时间35h。步骤C快锻镦拔：使用4500t压机将步骤B经过均匀化处理的合金锭进行一火次镦粗拔长，加热温度1120℃，控制镦粗压下率40％，拔长压下率20％，获得直径φ460mm且化学成分和组织均均匀的GH4169合金锭；步骤D VAR重熔：将步骤C获得的化学成分均匀且组织致密的合金锭进行扒皮，然后进行真空自耗重熔(VAR)，稳定控制重熔过程熔炼速率5kg/min，得到直径φ508mm规格合格的GH4169合金锭。对合金锭进行低倍检验，无冶金缺陷；对合金锭头、锭尾、芯部、1/2R、表面进行化学成分分析，从分析结果看化学成分均匀性良好。详细检验数据见表2。
表2、实施例2低倍检验结果及纵横向化学成分偏析情况
实施例3
该实施例是运用本发明的降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷的制造方法，通过真空感应熔炼、均匀化处理、快锻镦拔和真空自耗重熔步骤，生产φ508mm规格GH4169合金锭。
步骤A VIM熔炼：采用真空感应熔炼(VIM)将各种原料熔炼成化学成分及非金属夹杂物满足要求的GH4169合金，并真空浇铸成直径φ450mm规格的合金锭；步骤B均匀化处理：将步骤A获得的直径φ450mm规格的合金锭进行均匀化处理，均匀化温度为GH4169镍基合金初熔点温度以下20℃，均匀化时间40h。步骤C快锻镦拔：使用4500t压机将步骤B经过均匀化处理的合金锭进行一火次镦粗拔长，加热温度1150℃，控制镦粗压下率35％，拔长压下率17％，获得直径φ460mm且化学成分和组织均均匀的GH4169合金锭；步骤D VAR重熔：将步骤C获得的化学成分均匀且组织致密的合金锭进行扒皮，然后进行真空自耗重熔(VAR)，稳定控制重熔过程熔炼速率3.5kg/min，得到直径φ508mm规格合格的GH4169合金锭。对合金锭进行低倍检验，无冶金缺陷；对合金锭头、锭尾、芯部、1/2R、表面进行化学成分分析，从分析结果看化学成分均匀性良好。详细检验数据见表3。
表3、实施例3低倍检验结果及纵横向化学成分偏析情况
Claims (6)
1.一种降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷的工艺方法，其特征在于：所述的工艺方法以真空感应熔炼得到的GH4169镍基合金熔炼锭为基锭，通过一次均匀化处理、一次快锻镦拔和一次重熔来获得降低GH4169镍基合金锭的冶金缺陷。
2.根据权利要求1所述的降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷的工艺方法，其特征在于：所述的重熔工序为以快锻镦拔后获得的GH4169镍基合金锻压锭为基锭进行的真空自耗重熔。
3.根据权利要求2所述的降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷的工艺方法，其特征在于：所述真空自耗重熔的重熔过程为，
以快锻镦拔工序获得的化学成分均匀且组织致密的合金锭为基锭，先进行扒皮，然后再进行真空自耗重熔，重熔熔速稳定的控制在3～5kg/min，重熔后合金锭的直径控制在φ406～φ508mm之间。
4.根据权利要求1、2或3所述的降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷的工艺方法，其特征在于：所述的均匀化处理为以真空感应熔炼获得的直径为φ360～φ450mm的GH4169镍基合金熔炼锭为基锭进行的消除枝晶偏析的均匀化处理，其均匀化处理为，
均匀化温度为GH4169镍基合金初熔点温度以下10～20℃，均匀化时间25～40h。
5.根据权利要求4所述的降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷的工艺方法，其特征在于：所述的快锻镦拔为以均匀化处理后获得的熔炼锭为基锭进行的一镦一拔一火成材快锻镦拔工序，其快锻镦拔过程为，
利用4500t压机整支进行镦粗，之后进行拔长，然后进行滚圆获得化学成分均匀且组织致密的直径φ370～φ460mm规格GH4169镍基合金锻压锭；镦拔过程的加热温度控制在1100～1150℃，镦粗压下率控制在30～40％，拔长压下率控制在14～20％。
6.根据权利要求5所述的降低GH4169镍基合金锭冶金缺陷的工艺方法，其特征在于：通过所述的真空感应熔炼工序获得GH4169镍基合金熔炼锭时，是按下述步骤进行的，
采用真空感应熔炼将各种原料熔炼成化学成分及非金属夹杂物满足要求的GH4169镍基合金，并真空浇铸成直径φ360～φ450mm规格的镍基合金熔炼锭。
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