CN111823063A - 一种高温合金返回料的表面处理方法及应用 - Google Patents

一种高温合金返回料的表面处理方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高温合金返回料的表面处理方法及应用，属于合金技术领域。针对形状规格不同的高温合金返回料进行分类处理，采取不同处理方式进行表面处理，提高了材料利用率。针对高温合金返回料表面氧化层和氮化层是否完全去除，提出了一种判定方法，即对处理后的返回料表面和芯部取样分析O、N有害气体元素，检验其是否有偏差，如表面的O、N有害气体元素与芯部一致，则表示已完全去除了表面氧化层和氮化层。采用本发明处理的返回料生产的高温合金O、N有害气体元素含量与全新料生产的高温合金含量相当，合金力学性能也相当，真正实现了高温合金返回料的重复再利用。

Description

一种高温合金返回料的表面处理方法及应用
技术领域
本发明涉及一种高温合金返回料的表面处理方法及应用，属于合金技术领域。
背景技术
随着航空发动机及和燃气轮机工业的不断发展，高温合金的使用量越来越多，因此会产生大量返回料。为提高材料利用率、降低生产成本，返回料已被应用于高温合金母合金的生产。高温合金返回料表面存在一定深度的氧化层和氮化层，这些氧化层和氮化层如不进行合理、充分的去除，会造成返回料生产的高温合金中存在较多的氧化物、氮化物等夹杂物，这些夹杂物往往是裂纹萌生及扩展的有利位置，导致合金的塑性和疲劳性能降低，进而严重降低合金铸件的使用寿命和成品率。目前对高温合金返回料的处理方式主要为：抛丸、喷砂、滚筒滚砂等方式，但是否能完全去除返回料表面的氧化层、氮化层尚无相关研究，也无相关判定依据。同时，部分高温合金返回料形状复杂，如空心废铸件等，传统返回料处理方式难以对其内表面的氧化层、氮化层进行有效去除，因此，如何更有效的去除高温合金返回料表面的氧化层、氮化层仍是一个函待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出一种高温合金返回料的表面处理方法，有效去除高温合金返回料表面的氧化层和氮化层。
本发明通过以下技术方案解决技术问题：一种高温合金返回料的表面处理方法，包括以下步骤：
第一步、返回料分类，将包括冒口、浇道及废铸件高温合金返回料根据形状规格按实心和空心进行分类；
第二步、返回料处理，对实心和空心高温合金返回料进行抛丸处理，取样分析；对实心返回料外表面进行磨削处理；对空心返回料进行超声处理，取样分析；
第三步、将处理后的高温合金返回料按正常熔炼工艺进行高温母合金生产。
进一步的，所述第二步中，抛丸处理时，所用不锈钢丸尺寸为1mm-3mm，每吨抛丸时间2小时-3小时，取样分析返回料表面和芯部O、N有害气体元素含量的差异。
磨削处理时，磨削深度≥300μm，分别取样检测，判别实心返回料表面和芯部O、N有害气体元素含量是否一致。
空心返回料采用超声波酸洗去除内、外表面氧化层和氮化层，超声波发生器功率为30kW-40kW，频率为20kHz-30kHz，经酸洗4min-10min后取出用清水冲洗表面两次，再用工业酒精清洗表面后干燥处理；分别取样检测，判别空心返回料表面和芯部O、N有害气体元素含量是否一致。
酸洗时，酸洗液配比为10％-20％的盐酸、30％-40％的硝酸和40％-60％的水。
本发明进一步提供高温合金返回料的表面处理方法的应用，包括将表面处理后的高温合金返回料与新料混合后进行母合金的生产。其中，高温合金返回料与新料的混合比例是(10％-100％)：(90％-0％)。
本发明的有益效果是：针对形状规格不同的高温合金返回料进行分类处理，采取不同处理方式进行表面处理，提高了材料利用率。针对高温合金返回料表面氧化层和氮化层是否完全去除，提出了一种判定方法，即对处理后的返回料表面和芯部取样分析O、N有害气体元素，检验其是否有偏差，如表面的O、N有害气体元素与芯部一致，则表示已完全去除了表面氧化层和氮化层，如表面的O、N有害气体元素高于芯部，则表示表面氧化层和氮化层未有效去除，可采用上述表面处理方法重复处理，直至表面与芯部O、N有害气体元素一致为止。采用本发明处理的返回料生产的高温合金O、N有害气体元素含量与全新料生产的高温合金含量相当，合金力学性能也相当，真正实现了高温合金返回料的重复再利用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
采用本发明对K418合金返回料进行表面处理，经处理的返回料与新料按100％:0％进行K418母合金生产，并与全新料生产的母合金的O、N有害气体元素及力学性能进行对比。
本实施例具体实施步骤如下：
1、返回料分类处理：K418合金返回料全部为浇道、废棒料等实心铸件。
2、返回料表面处理及检验：
(1)对K418返回料进行抛丸处理，去除表面残存的耐火材料，不锈钢丸尺寸为1mm-3mm，每吨抛丸时间2小时，取样分析返回料表面和芯部O、N有害气体元素含量存在较大差异，具体如表1所示。
表1 O、N含量(wt％)
元素 O N
K418返回料表面 0.0115％ 0.0231％
K418返回料芯部 0.0008％ 0.0015％
(2)K418返回料进行表面磨削处理，磨削深度≥300μm，分别取样检测，如表2所示，可实现实芯返回料表面和芯部O、N有害气体元素含量一致。
表2 O、N含量(wt％)
元素 O N
K418返回料表面 0.0010％ 0.0014％
K418返回料芯部 0.0008％ 0.0015％
3、返回料应用
处理的返回料与新料按100％:0％进行母合金生产，检测合金中O、N元素含量，重熔浇注成试棒检测标准力学性能，并与全新料生产的母合金对比。O、N元素含量对比如表3所示；标准力学性能对比如表4所示。可见采用经表面处理的全返回料生产的母合金O、N元素控制及拉伸、持久性能与全新料相当。
表3 O、N含量(wt％)
元素 O N
返回料:新料＝100％:0％ 0.0008％ 0.0015％
全新料 0.0007％ 0.0014％
表4 K418合金力学性能(铸态)
Figure BDA0002589725230000041
实施例2
采用本发明对K444合金返回料进行表面处理，经处理的返回料与新料按50％:50％进行K444母合金生产，并与全新料生产的母合金的O、N有害气体元素及力学性能进行对比。
本实施例具体实施步骤如下：
1、返回料分类处理：K444合金返回料为分流盘、浇道、废棒料等实心部件及废空心叶片空心部件。
2、返回料表面处理及检验：
(1)对实心和空心K444高温合金返回料进行抛丸处理，去除表面残存的耐火材料，不锈钢丸尺寸为1mm-3mm，每吨抛丸时间3小时，取样分析返回料表面和芯部O、N有害气体元素含量存在较大差异。具体如表5所示。
表5 O、N含量(wt％)
元素 O N
K444实心返回料表面 0.0126％ 0.0258％
K444实心返回料芯部 0.0006％ 0.0005％
K444空心返回料表面 0.0135％ 0.0242％
K444空心返回料芯部 0.0005％ 0.0006％
(2)实心返回料进行表面磨削处理，磨削深度≥300μm，分别取样检测可实现实心返回料表面和芯部O、N有害气体元素含量一致。具体如表6所示。
表6 O、N含量(wt％)
元素 O N
K444实心返回料表面 0.0005％ 0.0006％
K444实心返回料芯部 0.0006％ 0.0005％
(3)空心返回料采用超声波酸洗去除表面氧化层和氮化层，超声波发生器功率为30kW，频率为20kHz，酸洗液配比为10％-20％的盐酸、30％-40％的硝酸和40％-60％的水，经酸洗10min后取出用清水冲洗表面两次，再用工业酒精清洗表面后干燥处理。分别取样检测实现空心返回料表面和芯部O、N有害气体元素含量一致。具体如表7所示。
表7 O、N含量(wt％)
Figure BDA0002589725230000051
Figure BDA0002589725230000061
3、返回料应用
处理的返回料与新料按50％:50％进行K444母合金生产，检测合金中O、N元素含量，重熔浇注成试棒检测标准力学性能，并与全新料生产的母合金对比。O、N元素含量对比如表8所示；标准力学性能对比如表9所示。可见采用经表面处理的返回料与新料按50％:50％生产的K444母合金O、N元素控制及拉伸、持久性能与全新料相当。
表8 O、N含量(wt％)
元素 O N
返回料:新料＝50％:50％ 0.0005％ 0.0007％
全新料 0.0004％ 0.0006％
表9 K444合金力学性能(热处理态)
Figure BDA0002589725230000062
注：热处理制度：1170℃±10℃×4h/AC+1050℃±10℃×4h/AC+850℃±10℃×16h/AC。
实施例3
采用本发明对K452合金返回料进行表面处理，经处理的返回料与新料按10％:90％进行K452母合金生产，并与全新料生产的母合金的O、N有害气体元素及力学性能进行对比。
本实施例具体实施步骤如下：
1、返回料分类处理：K452合金返回料为分流盘、浇道、废棒料等实心部件及废空心叶片空心部件。
2、返回料表面处理及检验：
(1)对实心和空心K452高温合金返回料进行抛丸处理，去除表面残存的耐火材料，不锈钢丸尺寸为1mm-3mm，每吨抛丸时间3小时，取样分析返回料表面和芯部O、N有害气体元素含量存在较大差异。具体如表10所示。
表10 O、N含量(wt％)
元素 O N
K452实心返回料表面 0.0108％ 0.0216％
K452实心返回料芯部 0.0008％ 0.0009％
K452空心返回料表面 0.0122％ 0.0225％
K452空心返回料芯部 0.0007％ 0.0010％
(2)实心返回料进行表面磨削处理，磨削深度≥300μm，分别取样检测可实现实心返回料表面和芯部O、N有害气体元素含量一致。具体如表11所示。
表11 O、N含量(wt％)
元素 O N
K452实心返回料表面 0.0007％ 0.0010％
K452实心返回料芯部 0.0008％ 0.0009％
(3)空心返回料采用超声波酸洗去除表面氧化层和氮化层，超声波发生器功率为40kW，频率为30kHz，酸洗液配比为10％-20％的盐酸、30％-40％的硝酸和40％-60％的水，经酸洗5min后取出用清水冲洗表面两次，再用工业酒精清洗表面后干燥处理。分别取样检测实现空心返回料表面和芯部O、N有害气体元素含量一致。具体如表12所示。
表12 O、N含量(wt％)
元素 O N
K452空心返回料表面 0.0008％ 0.0008％
K452空心返回料芯部 0.0007％ 0.0010％
3、返回料应用
处理的返回料与新料按10％:90％进行K452母合金生产，检测合金中O、N元素含量，重熔浇注成试棒检测标准力学性能，并与全新料生产的母合金对比。O、N元素含量对比如表13所示；标准力学性能对比如表14所示。可见采用经表面处理的返回料与新料按10％:90％生产的K452母合金O、N元素控制及拉伸、持久性能与全新料相当。
表13 O、N含量(wt％)
元素 O N
返回料:新料＝10％:90％ 0.0008％ 0.0010％
全新料 0.0007％ 0.0009％
表14 K452合金力学性能(热处理态)
Figure BDA0002589725230000081
注：热处理制度：1170℃±10℃×4h/FC((15～30)℃/min)→900℃/AC+1050℃±10℃×4h/AC+850℃±10℃×16h/AC。
除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种高温合金返回料的表面处理方法，包括以下步骤：
第一步、返回料分类，将包括冒口、浇道及废铸件的高温合金返回料根据形状规格按实心和空心进行分类；
第二步、返回料处理，对实心和空心高温合金返回料进行抛丸处理，取样分析；对实心返回料外表面进行磨削处理；对空心返回料进行超声处理，取样分析；
第三步、将处理后的高温合金返回料按正常熔炼工艺进行高温母合金生产。
2.根据权利要求1所述高温合金返回料的表面处理方法，其特征在于：所述第二步中，抛丸处理所用不锈钢丸尺寸为1mm-3mm，每吨抛丸时间2小时-3小时，取样分析返回料表面和芯部O、N有害气体元素含量的差异。
3.根据权利要求1所述高温合金返回料的表面处理方法，其特征在于：所述第二步中，磨削深度≥300μm，分别取样检测，判别实心返回料表面和芯部O、N有害气体元素含量是否一致。
4.根据权利要求1所述高温合金返回料的表面处理方法，其特征在于：所述第二步中，空心返回料采用超声波酸洗去除内、外表面氧化层和氮化层，超声波发生器功率为30kW-40kW，频率为20kHz-30kHz，经酸洗4min-10min后取出用清水冲洗表面两次，再用工业酒精清洗表面后干燥处理；分别取样检测，判别空心返回料表面和芯部O、N有害气体元素含量是否一致。
5.根据权利要求4所述高温合金返回料的表面处理方法，其特征在于：酸洗液配比为10％-20％的盐酸、30％-40％的硝酸和40％-60％的水。
6.根据权利要求1所述高温合金返回料的表面处理方法的应用，包括将表面处理后的高温合金返回料与新料混合后进行母合金的生产。
7.根据权利要求6所述高温合金返回料的表面处理方法的应用，其特征在于：所述高温合金返回料与新料的混合比例是(10％-100％)：(90％-0％)。
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