CN111778439B - 一种gh2018合金电渣锭及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种GH2018合金电渣锭,合金中元素的组分含量为:C 0.040~0.050wt%、Cr 18.5~20.5wt%、Ni 40.5~43.5wt%、Al 0.6~0.7wt%、Ti 2.0~2.2wt%、W 1.85~2.15wt%、Mo 3.8~4.2wt%、Mn 0.01~0.03wt%、Ce 0.002~0.02wt%、Si 0.2~0.6wt%、P 0.001~0.02wt%、S 0.001~0.01wt%、B 0.001~0.01wt%、Zr 0.005~0.05wt%、Cu 0.02~0.2wt%、余量为Fe。本发明的合金电渣锭电渣重熔过程补加铝粉和充惰性氩气,提高了电渣锭成分均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及合金制造领域,尤其涉及一种GH2018合金电渣锭及其制备方法。
背景技术
GH2018合金是以Cr、W、Mo元素固溶强化并用Al、Ti元素时效强化的Fe-Ni-Cr 基合金,成分见表1。该合金具有高的塑性、较高的高温强度水平以及良好的抗 氧化性和冲压焊接等性能。适用于800℃下长期工作的航空发动机的燃烧室火焰 筒等高温零部件。该合金在固溶状态为单相奥氏体组织,含有MC型碳化物和微 量M3B2型硼化物。
表1元素成分wt%
该合金含有一定的Al、Ti元素且含量差异较大,材料再经过电渣重熔过程 中会与空气进行解除,且Al、Ti两种元素自身活泼易与大气中的氧发生反应; 同时随着电渣重熔整个过程的进行,电渣重熔各阶段金属熔池的与氧反应的情 况也不同,进而造成合金锭再经过电渣重熔后合金锭成分不均的现象。
发明内容
本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足,提供一种GH2018 合金电渣锭及其制备方法,通过改变工艺方法使电渣锭在保证其常规力学性能 不受影响的前提下,提高电渣锭表面质量,以获得成分均匀且表面良好易于热 加工的电渣锭。本发明采用的技术方案是:
一种GH2018合金电渣锭,其中:按质量百分比计,所述合金中元素的组分 含量为:C 0.040~0.050wt%、Cr 18.5~20.5wt%、Ni 40.5~43.5wt%、Al 0.6~ 0.7wt%、Ti2.0~2.2wt%、W 1.85~2.15wt%、Mo 3.8~4.2wt%、Mn 0.01~0.03wt%、 Ce 0.002~0.02wt%、Si 0.2~0.6wt%、P 0.001~0.02wt%、S 0.001~0.01wt%、 B 0.001~0.01wt%、Zr 0.005~0.05wt%、Cu 0.02~0.2wt%、余量为Fe。
一种GH2018合金电渣锭的制备方法,其中:包括以下步骤:
1)镍基高温合金合金的组分按质量百分比计为:C 0.040~0.050wt%、Cr 18.5~20.5wt%、Ni 40.5~43.5wt%、Al 0.6~0.7wt%、Ti 2.0~2.2wt%、W 1.85~ 2.15wt%、Mo 3.8~4.2wt%、Mn 0.01~0.03wt%、Ce 0.002~0.02wt%、Si 0.2~ 0.6wt%、P 0.001~0.02wt%、S 0.001~0.01wt%、B 0.001~0.01wt%、Zr 0.005~ 0.05wt%、Cu 0.02~0.2wt%、余量为Fe;将C、Cr、Ni、W、Mo、Mn、Ce、Si、P、S、B、Zr、Cu加入坩埚,并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼, 分别加Al、Ti加入坩埚进行精炼,充氩气然后加入B、Ce、Zr,浇铸,得到铸 锭;
2)将铸锭进行滚磨处理,然后将铸锭加入渣池,并加入熔渣进行电渣重熔, 得到电渣锭。电渣重熔过程中充惰性氩气尽可能隔绝空气,降低Al、Ti元素与 大气中氧发生反应。
真空感应熔炼浇注电极经过滚磨处理,保证电极表面无重皮、飞刺等缺陷, 避免电渣重熔过程污染金属熔池。
优选的是,所述的GH2018合金电渣锭的制备方法,其中:所述步骤1)真 空熔炼时的工作真空度≤15Pa;所述原料熔化温度为1520~1540℃。
优选的是,所述的GH2018合金电渣锭的制备方法,其中:所述步骤1)真 空熔炼时将1/3~1/2C加入坩埚进行真空熔炼至全熔后再加入剩余的C。
优选的是,所述的GH2018合金电渣锭的制备方法,其中:所述步骤1)全 熔时间为20~40min,加入剩余C15~30min后再加入Al、Ti进行精炼。
优选的是,所述的GH2018合金电渣锭的制备方法,其中:所述步骤1)精 炼真空度≤5Pa,精炼时间≥60min。
优选的是,所述的GH2018合金电渣锭的制备方法,其中:所述步骤1)充 氩气的压力为3000~4000Pa;浇铸温度为1440~1460℃。
优选的是,所述的GH2018合金电渣锭的制备方法,其中:所述步骤2)熔 渣包括69%~71%CaF2、14.5%~15.5%Al2O3、14.5%~15.5%CaO;熔渣加入量为铸 锭重量的5.4%~5.8%;所述电渣重熔中再次加入Al2O3,Al2O3质量占熔渣0.8%~ 2.5%;所述电渣重熔过程中充氩气,氩气流量为8.0~9.0L/min。
优选的是,所述的GH2018合金电渣锭的制备方法,其中:所述步骤2)电 渣重熔造渣阶段加入10~18%的Al,中期和后期熔炼中分别加入40~45%的Al。 通过加入铝粉来抑制电极中Al、Ti与大气中氧发生反应,减少元素烧损提高成 分均匀度。
优选的是,所述的GH2018合金电渣锭的制备方法,其中:所述步骤2)滚 磨处理的表面磨光量为3-5mm。
本发明的优点:本发明的GH2018合金电渣锭选用优质原材料避免了有害元 素的带入;优化元素成分配比,精准控制真空感应熔炼后化学成分;降低材料 中气体O、N元素的含量(O≤15ppm;N≤30ppm);缩小了电渣重熔的熔炼参数 波动范围,保证了电渣锭表面质量;通过电渣重熔过程补加铝粉和充惰性Ar气 的方法,降低Al、Ti元素的烧损,提高了电渣锭成分均匀性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1:
一种GH2018合金电渣锭,其中:按质量百分比计,所述合金中元素的组分 含量为:C 0.040wt%、Cr 18.5wt%、Ni 40.5wt%、Al 0.6wt%、Ti 2.0wt%、W 1.85wt%、 Mo3.8wt%、Mn 0.01wt%、Ce 0.002wt%、Si 0.2wt%、P 0.001wt%、S 0.001wt%、B0.001wt%、Zr 0.005wt%、Cu 0.02wt%、余量为Fe。
一种GH2018合金电渣锭的制备方法,其中:包括以下步骤:
1)镍基高温合金合金的组分按质量百分比计为:C 0.040wt%、Cr 18.5wt%、 Ni40.5wt%、Al 0.6wt%、Ti 2.0wt%、W 1.85wt%、Mo 3.8wt%、Mn 0.01wt%、 Ce0.002wt%、Si 0.2wt%、P 0.001wt%、S 0.001wt%、B 0.001wt%、Zr 0.005wt%、 Cu0.02wt%、余量为Fe;将C、Cr、Ni、W、Mo、Mn、Ce、Si、P、S、B、Zr、 Cu加入坩埚,并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼,分别加Al、Ti加入 坩埚进行精炼,充氩气然后加入B、Ce、Zr,浇铸,得到铸锭;
2)将铸锭进行滚磨处理,然后将铸锭加入渣池,并加入熔渣进行电渣重熔, 电渣重熔选用的电极采用“充填端”先熔化的熔炼方式,利于正式熔炼阶段电 渣重熔过程的电流和熔化速率的稳定性控制,冶炼电压:造渣采用电压在 60-64V,冶炼50分钟后换按56-63V控制,冶炼电流:7000-8500A,电渣重熔 过程中采用充惰性Ar气尽可能隔绝空气,降低Al、Ti元素与大气中氧发生反 应,Ar气流量为9.0L/min,得到电渣锭。
其中:所述步骤1)真空熔炼时的工作真空度≤15Pa;所述原料熔化温度为 1520~1540℃。
其中:所述步骤1)真空熔炼时将1/3C加入坩埚进行真空熔炼至全熔后再 加入剩余的C。
其中:所述步骤1)全熔时间为20~40min,加入剩余C15~30min后再加 入Al、Ti进行精炼。
其中:所述步骤1)精炼真空度≤5Pa,精炼时间65min。
其中:所述步骤1)充氩气的压力为3000~4000Pa;浇铸温度为1441℃。
其中:所述步骤2)熔渣包括70%CaF2、14.5%%Al2O3、15.5%CaO;熔渣加入 量为铸锭重量的5.4%;电渣重熔过程中再次加入Al2O3,Al2O3质量占熔渣0.8%~ 2.5%,造渣阶段加入0.2%的Al,中期和后期熔炼中分别加入45%的Al;步骤2) 滚磨处理的表面磨光量为3mm。
实施例2:
一种GH2018合金电渣锭,其中:按质量百分比计,所述合金中元素的组分 含量为:C 0.045wt%、Cr 19.5wt%、Ni 42.0wt%、Al 0.7wt%、Ti 2.15wt%、W 2.05wt%、 Mo4.0wt%、Mn 0.02wt%、Ce 0.01wt%、Si 0.4wt%、P 0.01wt%、S 0.01wt%、B 0.005wt%、Zr 0.02wt%、Cu 0.1wt%、余量为Fe。
一种GH2018合金电渣锭的制备方法,其中:包括以下步骤:
1)镍基高温合金合金的组分按质量百分比计为:C 0.045wt%、Cr 19.5wt%、 Ni42.0wt%、Al 0.7wt%、Ti 2.15wt%、W 2.05wt%、Mo 4.0wt%、Mn 0.02wt%、 Ce0.01wt%、Si 0.4wt%、P 0.01wt%、S 0.01wt%、B 0.005wt%、Zr 0.02wt%、 Cu0.1wt%、余量为Fe;将C、Cr、Ni、W、Mo、Mn、Ce、Si、P、S、B、 Zr、Cu加入坩埚,并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼,分别加Al、Ti 加入坩埚进行精炼,充氩气然后加入B、Ce、Zr,浇铸,得到铸锭;
2)将铸锭进行滚磨处理,然后将铸锭加入渣池,并加入熔渣进行电渣重熔, 电渣重熔选用的电极采用“充填端”先熔化的熔炼方式,利于正式熔炼阶段电 渣重熔过程的电流和熔化速率的稳定性控制,冶炼电压:造渣采用电压在 60-64V,冶炼50分钟后换按56-63V控制,冶炼电流:7000-8500A,熔炼过程 全程采用充惰性Ar气尽可能隔绝空气,Ar气流量为8.5L/min,得到电渣锭。
所述步骤1)真空熔炼时的工作真空度≤15Pa;所述原料熔化温度为1520~ 1540℃。
所述步骤1)真空熔炼时将1/2C加入坩埚进行真空熔炼至全熔后再加入剩 余的C。
所述步骤1)全熔时间为30min,加入剩余C 20min后再加入Al、Ti进行 精炼。
所述步骤1)精炼真空度≤5Pa,精炼时间为65min。
所述步骤1)充氩气的压力为3500Pa;浇铸温度为1450℃。
所述步骤2)熔渣包括70%CaF2、15%Al2O3、15%CaO;熔渣加入量为铸锭重量 的6%。
所述步骤2)电渣重熔造渣阶段加入15%的Al,中期和后期熔炼中分别加入42.5%的Al。
所述步骤2)滚磨处理的表面磨光量为4mm。
实施例3:
一种GH2018合金电渣锭,其中:按质量百分比计,所述合金中元素的组分 含量为:C 0.050wt%、Cr 20.5wt%、Ni 43.5wt%、Al 0.7wt%、Ti2.2wt%、W 2.15wt%、 Mo4.2wt%、Mn 0.03wt%、Ce 0.02wt%、Si 0.6wt%、P 0.02wt%、S 0.01wt%、B 0.01wt%、Zr 0.05wt%、Cu 0.2wt%、余量为Fe。
一种GH2018合金电渣锭的制备方法,其中:包括以下步骤:
1)镍基高温合金合金的组分按质量百分比计为:C 0.050wt%、Cr 20.5wt%、 Ni43.5wt%、Al 0.7wt%、Ti2.2wt%、W 2.15wt%、Mo 4.2wt%、Mn 0.03wt%、Ce 0.02wt%、Si 0.6wt%、P 0.02wt%、S 0.01wt%、B 0.01wt%、Zr 0.05wt%、Cu 0.2wt%、 余量为Fe;将C、Cr、Ni、W、Mo、Mn、Ce、Si、P、S、B、Zr、Cu加 入坩埚,并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼,分别加Al、Ti加入坩埚进 行精炼,充氩气然后加入B、Ce、Zr,浇铸,得到铸锭;
2)将铸锭进行滚磨处理,然后将铸锭加入渣池,并加入熔渣进行电渣重熔, 电渣重熔选用的电极采用“充填端”先熔化的熔炼方式,利于正式熔炼阶段电 渣重熔过程的电流和熔化速率的稳定性控制,冶炼电压:造渣采用电压在 60-64V,冶炼50分钟后换按56-63V控制,冶炼电流:7000-8500A,熔炼过程 全程采用充惰性Ar气尽可能隔绝空气,Ar气流量为8.0L/min,得到电渣锭。
所述步骤1)真空熔炼时的工作真空度≤15Pa;所述原料熔化温度为1520~ 1540℃。
所述步骤1)真空熔炼时将1/2C加入坩埚进行真空熔炼至全熔后再加入剩 余的C,所述步骤1)全熔时间为40min,加入剩余C 30min后再加入Al、Ti进 行精炼。
所述步骤1)精炼真空度≤5Pa,精炼时间为70min。
其中:所述步骤1)充氩气的压力为3000Pa;浇铸温度为1460℃。
所述步骤2)熔渣包括71%CaF2、14.5%Al2O3、14.5%CaO;熔渣加入量为铸锭 重量的5.8%;所述电渣重熔过程中再次加入Al2O3,Al2O3质量占熔渣2.5%,电 渣重熔造渣阶段加入18%的Al,中期和后期熔炼中分别加入41%的Al,滚磨处 理的表面磨光量为5mm。
下面列出实施例1~3的性能测试结果:
实施例1真空感应炉熔炼后化学成分:
表2真空感应炉熔炼元素成分wt%
C | Mn | Si | S | P | Ni | Cr | W |
0.041 | 0.02 | 0.2 | 0.001 | 0.001 | 40.2 | 18.2 | 1.82 |
Mo | Al | Ti | Fe | Cu | B | Zr | Ce |
3.6 | 0.67 | 2.12 | 余 | 0.01 | 0.003 | 0.004 | 0.002 |
实施例1电渣重熔后化学成分:
表3电渣重熔后元素成分(头/尾)wt%
实施例2真空感应炉熔炼后化学成分:
表3真空感应炉熔炼元素成分wt%
C | Mn | Si | S | P | Ni | Cr | W |
0.044 | 0.02 | 0.5 | 0.01 | 0.01 | 42.2 | 19.2 | 2.02 |
Mo | Al | Ti | Fe | Cu | B | Zr | Ce |
3.9 | 0.71 | 2.14 | 余 | 0.01 | 0.004 | 0.03 | 0.005 |
实施例2电渣重熔后化学成分:
表4电渣重熔后元素成分(头/尾)wt%
实施例3真空感应炉熔炼后化学成分:
表5真空感应炉熔炼元素成分wt%
实施例3电渣重熔后化学成分:
表6电渣重熔后元素成分(头/尾)wt%
从表2~表6可以看出,实施例1~3的GH2018合金在真空感应炉熔炼和电 渣重熔后化学成分变化较小,并且实施例1~3的电渣锭表面状态,表面光滑平 顺、无肉眼可见的冶金缺陷,经锻造热加工后,在锻坯两端取横向低倍组织, 无肉眼可见的疏松、针孔、裂纹、缩孔、偏析、夹渣和夹杂等冶金缺陷,锻造 热加工过程塑性良好。
最后所应说明的是,以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非 限制,尽管参照实例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理 解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方 案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种GH2018合金电渣锭的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)镍基高温合金的组分按质量百分比计为:C 0.040~0.050wt%、Cr 18.5~20.5wt%、Ni 40.5~43.5wt%、Al 0.6~0.7wt%、Ti 2.0~2.2wt%、W 1.85~2.15wt%、Mo 3.8~4.2wt%、Mn 0.01~0.03wt%、Ce 0.002~0.02wt%、Si 0.2~0.6wt%、P 0.001~0.02wt%、S0.001~0.01wt%、B 0.001~0.01wt%、Zr 0.005~0.05wt%、Cu 0.02~0.2wt%、余量为Fe;将C、Cr、Ni、W 、Mo、Mn 、Ce 、Si 、P、S、B 、Zr 、Cu 加入坩埚,并将坩埚放入真空感应炉至进行真空熔炼,分别加Al、Ti加入坩埚进行精炼,充氩气然后加入B、Ce、Zr,浇铸,得到铸锭;
2)将铸锭进行滚磨处理,然后将铸锭加入渣池,并加入熔渣进行电渣重熔,得到电渣锭;
所述步骤1)真空熔炼时的工作真空度≤15Pa;所述原料熔化温度为1520~1540℃;
所述步骤1)真空熔炼时将1/3~1/2C 加入坩埚进行真空熔炼至全熔后再加入剩余的C;所述步骤1)全熔时间为20~40min,加入剩余C 15~30min后再加入Al、Ti进行精炼;
所述步骤1)充氩气的压力为3000~4000Pa;浇铸温度为1440~1460℃;
所述步骤2)熔渣包括69%~71%CaF2、14.5%~15.5%Al2O3、14.5%~15.5%CaO;熔渣加入量为铸锭重量的5.4%~5.8%;所述电渣重熔过程中再次加入Al2O3,Al2O3 质量占熔渣0.8%~2.5%;
所述步骤2)电渣重熔造渣阶段加入10~18%的Al,中期和后期熔炼中分别加入40~45%的Al;所述电渣重熔过程中充氩气,氩气流量为8.0 ~9.0 L /min。
2.根据权利要求1所述的GH2018合金电渣锭的制备方法,其特征在于:所述步骤1)精炼真空度≤5Pa,精炼时间≥60min。
3.根据权利要求1所述的GH2018合金电渣锭的制备方法,其特征在于:所述步骤2)滚磨处理的表面磨光量为3-5mm。
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