CN111041255B - 一种降低高温母合金夹杂物含量的真空感应熔炼加料方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于合金熔炼技术领域，具体涉及一种降低高温母合金夹杂物含量的真空感应熔炼加料方法。本发明的加料方法包括（1）将熔炼母合金用镍板剪成正方形薄板，将熔炼母合金用铝锭剪成长方形锭；（2）将剪好的长方形铝锭放置在两块剪好的镍板中间，并用镍丝缠绕固定；（3）在真空感应熔炼过程中加铝时把用镍板包裹的铝锭加入母合金熔体进行熔炼。本发明加料方法可使铝锭在加入合金液后快速下沉并逐渐熔化，从而避免铝锭在熔化过程中与炉内气体发生反应形成氧化物夹杂，可有效降低镍基高温母合金中的夹杂物含量，缩短熔炼时间，保证化学成分稳定性，尤其适用于对夹杂物含量要求较高的高温母合金的工业化生产。

Description

一种降低高温母合金夹杂物含量的真空感应熔炼加料方法
技术领域
本发明属于合金熔炼技术领域，具体涉及一种降低高温母合金夹杂物含量的真空感应熔炼加料方法。
背景技术
铸造高温合金作为一种金属结构材料，被广泛用于航空发动机和地面燃气轮机热端部件的制造。铸造高温合金的纯净度，尤其是其夹杂物的含量会大幅降低合金的服役性能，对铸件的疲劳性能和持久性能产生致命影响。因此，必须严格控制合金中夹杂物的含量。
Al元素在高温合金中主要通过形成强化，相对高温合金产生沉淀强化作用，是高温合金中的主要合金化元素。然而在高温合金熔炼过程中，由于Al密度较低，Al块在加入合金液后会漂浮于熔体表面，在熔化过程中极易与炉内的气体接触并反应生成Al2O3，作为一种氧化物夹杂存在于合金液中。这种内生氧化物夹杂由于尺寸较小，很难通过过滤网将其过滤掉。因此，开发先进的加料和熔炼工艺，避免熔炼过程中Al块与炉内气体接触，从根本上解决真空感应熔炼过程中内生氧化物夹杂形成的问题，对超高纯高温母合金的工业化生产具有非常重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种降低高温母合金夹杂物含量的真空感应熔炼加料方法。本发明加料方法可使铝锭在加入合金液后快速下沉并逐渐熔化，从而避免铝锭在熔化过程中与炉内气体发生反应形成氧化物夹杂，可有效降低镍基高温母合金中的夹杂物含量，缩短熔炼时间，保证化学成分稳定性，尤其适用于对夹杂物含量要求较高的高温母合金的工业化生产。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种降低高温母合金夹杂物含量的真空感应熔炼加料方法，其特征在于，该降低高温母合金夹杂物含量的真空感应熔炼加料方法具有以下特征：
一种降低高温母合金夹杂物含量的真空感应熔炼加料方法，包括以下步骤：
(1)将厚度为6～12mm的熔炼高温母合金用镍板剪成边长为10～15cm的正方形薄板，将熔炼高温母合金用铝锭剪成宽度为5～10cm，长度10～15cm的长方形铝锭；
(2)将步骤(1)剪好的长方形铝锭放置在剪好的两块镍板中间，并用镍丝缠绕固定，得到镍板包裹的铝锭；
(3)在高温母合金真空感应熔炼过程中，待母合金熔体化完全后进行原材料铝的加入，此时将步骤(2)镍板包裹的铝锭加入母合金熔体进行熔炼。
所述镍板和铝锭在剪切完成后进行打磨和清理，直至表面干净无污染。
步骤(1)中剪切好的铝锭与剪切好的镍板按照最大接触面放置组合。
步骤(2)中选用的镍丝直径不小于2mm，且缠绕圈数不小于3圈。
步骤(3)中在真空条件下加入所述镍板包裹的铝锭。
步骤(3)加入镍板包裹的铝锭时停止真空感应熔炼炉的送电功率，待熔体表面轻微结膜时再加入，加入完毕后，根据装炉量逐步增大送电功率进行熔炼。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)将铝锭用镍板包裹，铝锭在加入合金熔体后快速下沉，熔化过程中不与炉内气体接触，避免了铝锭漂浮在熔体表面熔化，熔化过程中与炉内气体反应发生氧化现象，从而降低了氧化物夹杂的含量；
(2)将铝锭用镍板包裹，铝锭在加入合金熔体后快速下沉，由于合金熔体内部温度较高，铝锭熔化的速度加快，从而加快了熔化速度，缩短了熔炼时间，提高了熔炼效率；
(3)将铝锭用镍板包裹后加入，铝锭在合金熔体内部熔化，且熔体表面轻微结膜，有效避免了由于加料造成合金液飞溅，确保了母合金成分的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例1中镍板包裹的铝锭的结构示意图。
附图标记说明：1-镍板；2-铝锭；3-镍丝。
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步说明。
具体实施方式
实施例1
一种降低高温母合金夹杂物含量的真空感应熔炼加料方法，该高温合金牌号为K417，每炉投炉量900kg，包括以下步骤：
(1)镍板准备：首先将熔炼高温母合金用10mm厚的镍板，采用剪板机剪成边长为10cm的正方形薄板；其次采用磨抛机处理已剪切好的镍板表面，将镍板表面的附着物和氧化皮磨抛干净；最后，对磨抛后的镍板进行吹扫清洗，保证镍板表面洁净无污染；
(2)铝锭准备：首先将熔炼高温母合金用铝锭剪切成边长5cm，长度10cm的长方形锭，其次对剪切好的铝锭进行吹扫清洗，保证铝锭表面洁净无污染；
(3)镍丝准备：选取高纯度镍丝，镍丝直径2.5mm，对镍丝进行清洗，保证镍丝表面洁净无污染；
(4)首先将准备好的长方形铝锭放置在两块镍板中间，铝锭与镍板按照最大接触面放置组合；其次用准备好的镍丝对铝锭和镍板进行缠绕固定，缠绕圈数4圈，确保镍板与铝锭固定结实；
(5)将缠绕好的铝锭和镍板放入加料室，加料完毕后对加料室抽真空，真空度达到10Pa后准备投料；
(6)在加料室抽真空的同时，停止母合金熔炼送电功率，待熔体表面轻微结膜时开始投料；
(7)镍板包裹的铝锭投料完成后，以100kW功率送电熔炼，5min后以200kW功率送电熔炼，直至化清；
(8)熔炼化清完成后，待熔体温度达到1480℃进行母合金锭浇注，随后进行母合金化学成分检测和夹杂物含量分析。
实施例2
一种降低高温母合金夹杂物含量的真空感应熔炼加料方法，该镍基高温合金牌号为CMSX-4，每炉投炉量800kg，包括以下步骤：
(1)镍板准备：首先将熔炼高温母合金用12mm厚的镍板，采用剪板机剪成边长为15cm的正方形薄板；其次采用磨抛机处理已剪切好的镍板表面，将镍板表面的附着物和氧化皮磨抛干净；最后，对磨抛后的镍板进行吹扫清洗，保证镍板表面洁净无污染；
(2)铝锭准备：首先将熔炼高温母合金用铝锭剪切成边长10cm，长度10cm的长方形锭，其次对剪切好的铝锭进行吹扫清洗，保证铝锭表面洁净无污染；
(3)镍丝准备：选取高纯度镍丝，镍丝直径3mm，对镍丝进行清洗，保证镍丝表面洁净无污染；
(4)首先将准备好的长方形铝锭放置在两块镍板中间，铝锭与镍板按照最大接触面放置组合；其次用准备好的镍丝对铝锭和镍板进行缠绕固定，缠绕圈数4圈，确保镍板与铝锭固定结实；
(5)将缠绕好的铝锭和镍板放入加料室，加料完毕后对加料室抽真空，真空度达到10Pa后准备投料；
(6)在加料室抽真空的同时，停止母合金熔炼送电功率，待熔体表面轻微结膜时开始投料；
(7)镍板包裹的铝锭投料完成后，以100kW功率送电熔炼，5min后以200kW功率送电熔炼，直至化清；
(8)熔炼化清完成后，待熔体温度达到1490℃进行母合金锭浇注，随后进行母合金化学成分检测和夹杂物含量分析。
实施例3
一种降低高温母合金夹杂物含量的真空感应熔炼加料方法，该镍基高温合金牌号为In713，每炉投炉量1900kg，包括以下步骤：
(1)镍板准备：首先将熔炼高温母合金用8mm厚的镍板，采用剪板机剪成边长为12cm的正方形薄板；其次采用磨抛机处理已剪切好的镍板表面，将镍板表面的附着物和氧化皮磨抛干净；最后，对磨抛后的镍板进行吹扫清洗，保证镍板表面洁净无污染；
(2)铝锭准备：首先将熔炼高温母合金用铝锭剪切成边长8cm，长度10cm的长方形锭，其次对剪切好的铝锭进行吹扫清洗，保证铝锭表面洁净无污染；
(3)镍丝准备：选取高纯度镍丝，镍丝直径2mm，对镍丝进行清洗，保证镍丝表面洁净无污染；
(4)首先将准备好的长方形铝锭放置在两块镍板中间，铝锭与镍板按照最大接触面放置组合；其次用准备好的镍丝对铝锭和镍板进行缠绕固定，缠绕圈数5圈，确保镍板与铝锭固定结实；
(5)将缠绕好的铝锭和镍板放入加料室，加料完毕后对加料室抽真空，真空度达到10Pa后准备投料；
(6)在加料室抽真空的同时，停止母合金熔炼送电功率，待熔体表面轻微结膜时开始投料；
(7)镍板包裹的铝锭投料完成后，以150kW功率送电熔炼，10min后以250kW功率送电熔炼，直至化清；
(8)熔炼化清完成后，待熔体温度达到1500℃进行母合金锭浇注，随后进行母合金化学成分检测和夹杂物含量分析。
对比例1
本例中投料时直接投加铝锭，其余条件与实施例1相同。
对比例2
本例中投料时直接投加铝锭，其余条件与实施例2相同。
对比例3
本例中投料时直接投加铝锭，其余条件与实施例3相同。
检测采用本发明实施例1-3方法熔炼得到的镍基高温母合金浮渣含量，用以表征母合金中夹杂物的含量，并与对比例1-3传统加料方法熔炼母合金的浮渣含量进行对比，结果如下表所示：
表1实施例与对比例制得的镍基高温母合金中浮渣含量比较
熔炼炉次 实施例 对比例
1 <2％ >5％
2 <2％ >3％
3 <3％ >6％
从表1可知，通过本发明加料方法熔炼的三炉高温母合金中，浮渣含量明显降低，表明本发明具有显著的降低母合金中夹杂物含量的效果，能大幅提高高温母合金的纯净度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据本发明实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种降低高温母合金夹杂物含量的真空感应熔炼加料方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将厚度为6~12mm的熔炼高温母合金用镍板剪成边长为10~15cm的正方形薄板，将熔炼高温母合金用铝锭剪成宽度为5~10cm，长度10~15cm的长方形铝锭；
（2）将步骤（1）剪好的长方形铝锭放置在剪好的两块镍板中间，并用镍丝缠绕固定，得到镍板包裹的铝锭；
（3）在高温母合金真空感应熔炼过程中，待母合金熔体化完全后进行原材料铝的加入：停止真空感应熔炼炉的 送电功率，待熔体表面轻微结膜时，在真空条件下 将步骤（2）镍板包裹的铝锭加入母合金熔体进行熔炼。
2.根据权利要求1所述的降低高温母合金夹杂物含量的真空感应熔炼加料方法，其特征在于，所述镍板和铝锭在剪切完成后进行打磨和清理，直至表面干净无污染。
3.根据权利要求1所述的降低高温母合金夹杂物含量的真空感应熔炼加料方法，其特征在于，步骤（1）中剪切好的铝锭与剪切好的镍板按照最大接触面放置组合。
4.根据权利要求1所述的降低高温母合金夹杂物含量的真空感应熔炼加料方法，其特征在于，步骤（2）中选用的镍丝直径不小于2mm，且缠绕圈数不小于3圈。
5.根据权利要求1所述的降低高温母合金夹杂物含量的真空感应熔炼加料方法，其特征在于，步骤（3）镍板包裹的铝锭加入完毕后，根据装炉量逐步增大送电功率进行熔炼。
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