CN111748707A - 一种k418母合金真空感应熔炼元素控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种K418母合金真空感应熔炼熔炼元素控制方法，具体为：将K418母合金原料进行烘烤除湿；按照原材料加料顺序，在一定金属液温度和一定炉室内压力条件下分别对原料依次加入熔化、熔清，在取样调整化学成分浇注前，对金属液进行停电结膜操作，防止元素烧损；将金属液调整到一定温度和一定熔炼室压力条件下加入调料，调整金属液温度至浇注温度完成金属液浇注。本发明为K418合金在冶炼过程中对元素控制提供了一种新工艺，可以有效控制K418合金中易烧损元素，并且本发明操作简单，可行性高，应用范围广。
Description
技术领域
本发明属于高温合金冶炼技术领域，具体涉及一种K418母合金真空感应熔炼元素控制方法。
背景技术
K418母合金是一种镍基沉淀强化铸造高温合金，主要用于制作航空、地面和海上燃气轮机的涡轮工作叶片、导向叶片和整铸涡轮，以及柴油机和汽油机增压涡轮。该合金中Al、Ti和Nb元素作为起沉淀强化的γ＇相的主要组成元素，Al、Ti和Nb元素含量之和高达7.8-9.9wt％，其中Al和Ti元素含量之和高达7％左右，Al和Ti元素作为活泼元素在真空感应熔炼过程中容易烧损而造成元素控制较为困难，如果Al和Ti元素控制不当，会引起该合金力学性能不稳定，甚至会导致力学性能不满足标准要求。该合金中B和Zr元素其含量较少但作为晶界强化元素不可或缺，在真空熔炼过程中这些微量元素如果控制不当会烧损较多，从而导致K418合金晶界比较薄弱，导致力学性能降低。因此，需要对K418母合金真空感应熔炼过程Al、Ti、B和Zr元素含量进行精确控制，从而使该合金制备出的部件力学性能稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种K418母合金真空感应熔炼元素控制方法，用以实现Al、Ti、B和Zr元素含量精确控制。
本发明所采用的技术方案是：一种K418母合金真空感应熔炼元素控制方法，具体包括以下步骤：
步骤1，将碳、金属镍、金属铬、金属钼、金属铝、金属钛、金属铌、镍硼合金和金属锆原材料进行烘烤处理，在100-200℃温度下烘烤时间不小于3小时。
步骤2，按照原材料加料顺序，在一定金属液温度和一定炉室内压力条件下分别对原料依次加入熔化、熔清，在取样调整化学成分浇注前，对金属液进行停电结膜操作，防止元素烧损。
步骤3，将金属液温度调至1400-1480℃，熔炼室压力为5-10Pa条件下加入调料，调整金属液温度至1480-1510℃浇注。
本发明的特点还在于，
步骤2具体为：将与氧元素和氮元素结合力不强的原料与碳原料先加入进行熔炼，在一定温度和真空度条件下精炼一段时间使熔炼室内压力达到一定要求；然后在一定温度和压力条件下加入与氧元素或氮元素结合力较强的其他原材料；最后在一定温度和压力条件下加入与氧元素或氮元素亲和力最强且含量较少的其他原材料。
(1)加入镍、碳、钼和铬原料在熔炼室压力不大于20Pa时通电直至熔清，将温度调到精炼温度，与碳元素反应的精炼温度是1530-1550℃，精炼时间40-80min，精炼时熔炼室压力不大于5Pa，精炼完成后熔炼室压力不大于5Pa。
(2)在金属液温度1400-1480℃，熔炼室压力5-10Pa条件下加入铝、钛和铌原料熔清。
(3)在金属液温度1400-1480℃，熔炼室压力5-10Pa条件下加入镍硼合金和金属锆原料熔清，在取样检测调成分浇注前，金属液降温结膜。
本发明的有益效果是，
1.本发明为一种K418母合金真空感应熔炼元素控制提供一种新工艺，可以有效控制K418母合金中Al、Ti、Nb、B和Zr元素。
2.本发明操作简单，可行性高，应用范围广。
3.本发明为其他镍基高温合金真空感应熔炼过程元素控制提供一个新思路，基于本发明也可以有效提高镍基高温合金的纯净度，可以有效提高镍基高温合金的性能。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
K418母合金的真空感应熔炼。
步骤1，原材料烘烤
将碳、金属镍、金属铬、金属钼、金属铝、金属钛、金属铌、镍硼合金和金属锆原材料进行烘烤处理，在100℃温度下烘烤时间3小时。
步骤2，按照加料顺序加料熔炼
2.1加入Ni、C、Mo和Cr原料，熔炼室抽真空至不大于20Pa时通电阶梯状升高功率至金属液熔清。
2.2进入精炼期，熔炼室压力不大于5Pa时调节金属液温度为1530℃，然后将功率调至保温功率精炼时间40min，精炼完成后熔炼室压力不大于5Pa。
2.3加入Al、Ti和Nb原料，将金属液温度调至1400℃，熔炼室压力为5-10Pa，分批加入Al、Ti和Nb原料熔清，在此过程中金属液温度保持在1400-1480℃，熔炼室压力保持在5-10Pa。
2.4加入NiB和Zr原料，将金属液温度调至1400℃，熔炼室压力为5-10Pa，加入NiB和Zr原料熔清，在此过程中金属液温度保持在1400-1480℃，熔炼室压力保持在5-10Pa。
步骤3，浇注
加入NiB和Zr原料熔清后取样分析，在取样后将功率调为零，金属液降温结膜，根据分析样调原料在1400-1480℃温度范围内以及熔炼室压力5-10Pa条件下加入坩埚中升功率至熔清，调整金属液温度为1480℃，浇注。
实施例2
K418母合金的真空感应熔炼。
步骤1，原材料烘烤
将碳、金属镍、金属铬、金属钼、金属铝、金属钛、金属铌、镍硼合金和金属锆原材料进行烘烤处理，在150℃温度下烘烤时间3小时。
步骤2，按照加料顺序加料熔炼
2.1加入Ni、C、Mo和Cr原料，熔炼室抽真空至不大于20Pa时通电阶梯状升高功率至金属液熔清。
2.2进入精炼期，熔炼室压力不大于5Pa时调节金属液温度为1540℃，然后将功率调至保温功率精炼时间60min，精炼完成后熔炼室压力不大于5Pa。
2.3加入Al、Ti和Nb原料，将金属液温度调至1450℃，熔炼室压力为5-10Pa，分批加入Al、Ti和Nb原料熔清，在此过程中金属液温度保持在1400-1480℃，熔炼室压力保持在5-10Pa。
2.4加入NiB和Zr原料，将金属液温度调至1450℃，熔炼室压力为5-10Pa，加入NiB和Zr原料熔清，在此过程中金属液温度保持在1400-1480℃，熔炼室压力保持在5-10Pa。
步骤3，浇注
加入NiB和Zr原料熔清后取样分析，在取样后将功率调为零，金属液降温结膜，根据分析样调原料在1400-1480℃温度范围内以及熔炼室压力5-10Pa条件下加入坩埚中升功率至熔清，调整金属液温度为1490℃，浇注。
实施例3
K418母合金的真空感应熔炼。
步骤1，原材料烘烤
将碳、金属镍、金属铬、金属钼、金属铝、金属钛、金属铌、镍硼合金和金属锆原材料进行烘烤处理，在150℃温度下烘烤时间3小时。
步骤2，按照加料顺序加料熔炼
2.1加入Ni、C、Mo和Cr原料，熔炼室抽真空至不大于20Pa时通电阶梯状升高功率至金属液熔清。
2.2进入精炼期，熔炼室压力不大于5Pa时调节金属液温度为1550℃，然后将功率调至保温功率精炼时间80min，精炼完成后熔炼室压力不大于5Pa。
2.3加入Al、Ti和Nb原料，将金属液温度调至1480℃，熔炼室压力为5-10Pa，分批加入Al、Ti和Nb原料熔清，在此过程中金属液温度保持在1400-1480℃，熔炼室压力保持在5-10Pa。
2.4加入NiB和Zr原料，将金属液温度调至1480℃，熔炼室压力为5-10Pa，加入NiB和Zr原料熔清，在此过程中金属液温度保持在1400-1480℃，熔炼室压力保持在5-10Pa。
步骤3，浇注
加入NiB和Zr原料熔清后取样分析，在取样后将功率调为零，金属液降温结膜，根据分析样调原料在1400-1480℃温度范围内以及熔炼室压力5-10Pa条件下加入坩埚中升功率至熔清，调整金属液温度为1510℃，浇注。
采用本发明方法对三炉K418母合金进行真空感应熔炼，所得到成品元素控制好，化学成分稳定，具体结果见下表。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种K418母合金真空感应熔炼熔炼元素控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，将原材料在100-150℃温度下烘烤时间不小于3小时，除去原料中的湿气，确保原材料中碳元素消耗以及原材料中Al、Ti、Nb、B和Zr原料氧化而损耗；
步骤2，按照原材料加料顺序，在一定金属液温度和一定炉室内压力条件下分别对原料依次加入熔化、熔清，在取样调整化学成分浇注前，对金属液进行停电结膜操作，防止元素烧损；
步骤3，在调整成分时将金属液温度调至1400-1480℃，熔炼室压力为5-10Pa条件下加入调料熔清，调整金属液温度至1480-1510℃浇注。
2.根据权利要求1所述的一种K418母合金真空感应熔炼熔炼元素控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为：首先加入与氧元素和氮元素亲和力不强的原材料，通过加入的碳原料在1530-1550℃和熔炼室压力不大于5Pa条件下进行碳与氧元素反应精炼脱除大多数氧元素和一部分氮元素，精炼时间40-80min；然后在1400-1480℃和熔炼室压力为5-10Pa条件下加入与氧元素或氮元素亲和力较强的原材料熔清主要为了避免这些原料形成氧化物或氮化物或以金属蒸汽的形式损耗；最后在1400-1480℃和熔炼室压力为5-10Pa条件下加入对氧元素亲和力最强且含量较少的原材料熔清以防止损耗。
3.根据权利要求2所述的一种K418母合金真空感应熔炼熔炼元素控制方法，其特征在于，所述对氧元素较强亲和力且在熔炼过程中易形成氧化物或易以金属蒸汽的形式挥发而损耗的原材料为Al原料，所述对氮元素较强亲和力且在熔炼过程中易形成氮化物而损耗的原材料为Ti和Nb原料，所述与氧元素亲和力最强且含量较少的原材料为B和Zr原料。
4.根据权利要求1所述的一种K418母合金真空感应熔炼熔炼元素控制方法，其特征在于，所述碳与氧元素反应精炼温度为1530-1550℃，精炼时间为40-80分钟。
5.根据权利要求1所述的一种K418母合金真空感应熔炼熔炼元素控制方法，其特征在于，所述加入Al、Ti和Nb与氧元素或氮元素亲和力较强的原料熔化时金属液温度为1400-1480℃以及熔炼室压力为5-10Pa。
6.根据权利要求1所述的一种K418母合金真空感应熔炼熔炼元素控制方法，其特征在于，所述加入B和Zr与氧元素亲和力最强且含量较少原料时金属液温度为1400-1480℃以及熔炼室压力为5-10Pa。
7.根据权利要求1所述的一种K418母合金真空感应熔炼熔炼元素控制方法，其特征在于，所述加入与氧元素和氮元素亲和力不强的原材料通电熔炼时熔炼室压力不大于20Pa。
8.根据权利要求1所述的一种K418母合金真空感应熔炼熔炼元素控制方法，其特征在于，所述取样调整成分前对金属液进行停电结膜操作，防止元素烧损。
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- 2020-06-04 CN CN202010499501.4A patent/CN111748707A/zh active Pending
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