CN110872652A - 一种高温合金内部晶粒细化剂的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及精密铸造和材料制备领域，具体涉及一种高温合金内部晶粒细化剂的制备方法及应用。利用真空感应技术制备W‑Co‑Cr‑C合金锭，将合金锭碎成小块，按比例称重后，用镍箔包裹。在一定的铸造工艺参数下加入到某合金液中，最后获得细晶组织。本发明的细化剂的组成元素为高温合金的本体元素，不会向合金中引入外来杂质元素。同时，高熔点W元素使细化剂不容易发生衰退现象。本发明细化剂制备工序简单，便于操作、成本低，解决高温合金晶粒细化问题。

Description

一种高温合金内部晶粒细化剂的制备方法及应用
技术领域：
本发明涉及精密铸造和材料制备领域，具体涉及一种高温合金内部晶粒细化剂的制备方法及应用。
背景技术：
普通多晶铸造高温合金在现代航空航天发动机和工业燃汽轮机上仍有广泛的应用，尤其是中、低温条件下工作的铸造高温合金基本上都是多晶状态。在普通熔模精密铸造条件下生产的多晶高温合金铸件为比较粗大的树枝晶或柱状晶，是导致铸件疲劳损失的关键因素。为此，对高温合金内部的晶粒进行细化。
目前，对高温合金细晶的力学性能尚缺乏全面评估，而且更为突出的共性问题是内部晶粒均匀细化很难实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温合金内部晶粒细化剂的制备方法及应用，该方法适用于所有金属材料的铸造过程，解决高温合金内部晶粒均匀细化问题。
本发明的技术方案是：
一种高温合金内部晶粒细化剂的制备方法，采用真空感应技术在真空炉中将W、Co、Cr的单质和石墨熔化，在温度1550～1650℃范围内精炼1～7分钟，冶炼成W-Co-Cr-C合金锭；将W-Co-Cr-C合金锭锤击成粉料，制成细化剂，粒度0.5～2mm。
所述的高温合金内部晶粒细化剂的制备方法，按重量份数计，W-Co-Cr-C合金锭中含有：Co 45～80份，W 5～30份，Cr 10～20份和C 0.5～2.5份。
所述的高温合金内部晶粒细化剂的制备方法，高温合金内部晶粒细化剂按比例称重后，用镍箔包裹。
所述方法制备的高温合金内部晶粒细化剂的应用，该方法制备的高温合金内部晶粒细化剂，适用于所有金属材料的铸造过程，在铸造工艺参数下加入到合金液中，获得细晶组织。
所述的高温合金内部晶粒细化剂的应用，高温合金内部晶粒细化剂的添加比例占熔炼合金总重量的1～8％。
所述的高温合金内部晶粒细化剂的应用，高温合金内部晶粒细化剂用镍铂包裹，在浇注前加入。
所述的高温合金内部晶粒细化剂的应用，高温合金内部晶粒细化剂加入到合金液后，搅拌合金液1～5分钟。
所述的高温合金内部晶粒细化剂的应用，高温合金内部晶粒细化剂在合金液中被搅拌后静置5～60秒，然后浇注。
本发明的设计思想是：
本发明通过镍基高温合金热分析曲线发现，在高温合金过热液体中存在两个游离原子团。如图1表明，一个是富Cr和Ti的原子团，另一个是富W和Cr的原子团，它们能够在一定过热范围内稳定存在一段时间，具备作为形核基底的条件，因此想到通过外加这些元素来进行合金液的内部大量生核，从而达到细化晶粒的目的。
本发明的优点及有益效果是：
1.本发明高温合金内部晶粒细化剂的制备方法及应用，利用真空感应技术制备W-Co-Cr-C合金锭，将合金锭碎成小块，按比例称重后，用镍箔包裹。在一定的铸造工艺参数下加入到某合金液中，最后获得细晶组织。从而，能够切实有效地解决高温合金内部晶粒均匀细化问题，提高铸件的质量和性能。
2.本发明高温合金内部晶粒细化剂的制备方法及应用，工序简单，便于操作、成本低，易于控制，有利于提高铸件的合格率，并节省成本，具有较高的经济效益和长远的应用前景。
3.本发明的细化剂的组成元素为高温合金的本体元素，不会向合金中引入外来杂质元素。同时，高熔点W元素使细化剂不容易发生衰退现象。
附图说明：
图1为镍基高温合金的高温X-Ray图。其中，横坐标代表原子间距的倒数，纵坐标代表升温时吸收的热量。
图2为未加入细化剂所制备合金的晶粒形貌。
图3为实施例1条件下所制备合金的晶粒形貌。
图4为实施例2条件下所制备合金的晶粒形貌。
图5为实施例3条件下所制备合金的晶粒形貌。
具体实施方式：
在具体实施过程中，本发明采用真空感应技术在真空炉中将W、Co、Cr的单质和石墨熔化，在温度1550～1650℃范围内精炼1～7分钟，冶炼成W-Co-Cr-C合金锭。将合金锭锤击成粉料，制成细化剂，粒度0.5～2mm。然后用镍铂包裹细化剂，在浇注前加入，加入比例占熔炼合金总重量的1～8％。细化剂加入后搅拌合金液1～5分钟，搅拌后静置5～60秒后浇注。最后进行晶粒度检测。
下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。
实施例1
本实施例中，采用真空感应技术在真空炉中将W、Co、Cr的单质和石墨熔化，在温度1550℃精炼3分钟，冶炼成W-Co-Cr-C合金锭。按重量份数计，W-Co-Cr-C合金锭中含有：Co60份，W 20份，Cr 18份和C 2份。将合金锭锤击成粉料，制成细化剂，平均粒度0.95mm。然后用镍铂包裹，在浇注前加入，添加比例占熔炼合金总重量的1％，所述熔炼合金的牌号为：K418B。细化剂加入后搅拌合金液90秒，搅拌后静置40秒后浇注。最后进行晶粒度检测。
如图2、图3所示，将未加入细化剂与加入细化剂的合金晶粒形貌进行对比可以看出，加入细化剂后显示的晶粒尺寸变小。
实施例2
本实施例中，采用真空感应技术在真空炉中将W、Co、Cr的单质和石墨熔化，在温度1650℃精炼5分钟，冶炼成W-Co-Cr-C合金锭。按重量份数计，W-Co-Cr-C合金锭中含有：Co70份，W 15份，Cr 14份和C 1份。将合金锭锤击成粉料，制成细化剂，平均粒度1.25mm。然后用镍铂包裹，在浇注前加入，添加比例占熔炼合金总重量的5％，所述熔炼合金的牌号为：K465。细化剂加入后搅拌合金液3分钟，搅拌后静置60秒后浇注。最后进行晶粒度检测。
如图2、图4所示，将未加入细化剂与加入细化剂的合金晶粒形貌进行对比可以看出，加入细化剂后显示的晶粒细小均匀。
实施例3
本实施例中，采用真空感应技术在真空炉中将W、Co、Cr的单质和石墨熔化，在温度1590℃精炼3分钟，冶炼成W-Co-Cr-C合金锭。按重量份数计，W-Co-Cr-C合金锭中含有：Co50份，W 28份，Cr 20份和C 2份。将合金锭锤击成粉料，制成细化剂，平均粒度1.16mm。然后用镍铂包裹，在浇注前加入，添加比例占熔炼合金总重量的7％，所述熔炼合金的牌号为：K417G。细化剂加入后搅拌合金液5分钟，搅拌后静置50秒后浇注。最后进行晶粒度检测。
如图2、图5所示，将未加入细化剂与加入细化剂的合金晶粒形貌进行对比可以看出，加入细化剂后显示的晶粒细小均匀。
实施例结果表明，本发明应用于精密铸造行业，应用该细化剂的合金内部的晶粒度细小均匀，对提升铸件的性能有利。本发明工序简单，节约成本，具有很大的实用性和经济效益。

Claims (8)

1.一种高温合金内部晶粒细化剂的制备方法，其特征在于，采用真空感应技术在真空炉中将W、Co、Cr的单质和石墨熔化，在温度1550～1650℃范围内精炼1～7分钟，冶炼成W-Co-Cr-C合金锭；将W-Co-Cr-C合金锭锤击成粉料，制成细化剂，粒度0.5～2mm。
2.根据权利要求1所述的高温合金内部晶粒细化剂的制备方法，其特征在于，按重量份数计，W-Co-Cr-C合金锭中含有：Co 45～80份，W 5～30份，Cr 10～20份和C 0.5～2.5份。
3.根据权利要求2所述的高温合金内部晶粒细化剂的制备方法，其特征在于，高温合金内部晶粒细化剂按比例称重后，用镍箔包裹。
4.一种权利要求1～3之一所述方法制备的高温合金内部晶粒细化剂的应用，其特征在于，该方法制备的高温合金内部晶粒细化剂，适用于所有金属材料的铸造过程，在铸造工艺参数下加入到合金液中，获得细晶组织。
5.根据权利要求4所述的高温合金内部晶粒细化剂的应用，其特征在于，高温合金内部晶粒细化剂的添加比例占熔炼合金总重量的1～8％。
6.根据权利要求4所述的高温合金内部晶粒细化剂的应用，其特征在于，高温合金内部晶粒细化剂用镍铂包裹，在浇注前加入。
7.根据权利要求6所述的高温合金内部晶粒细化剂的应用，其特征在于，高温合金内部晶粒细化剂加入到合金液后，搅拌合金液1～5分钟。
8.根据权利要求7所述的高温合金内部晶粒细化剂的应用，其特征在于，高温合金内部晶粒细化剂在合金液中被搅拌后静置5～60秒，然后浇注。
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