CN111826553A - 一种铸造高温母合金及其生产方法 - Google Patents

一种铸造高温母合金及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铸造高温母合金，该合金的组分及重量百分数为：C：0.13～0.22％；Cr：8.5～9.5％；Co：14～16％；Mo：2.5～3.5％；Al：4.8～5.7％；Ti：4.5～5.0％；V：0.6～0.9％；B：0.012～0.022％；Zr：0.05～0.09％；Fe：≤1.0％；P≤0.020％；S≤0.010％；Mn≤0.50％；Si≤0.50％；Cu≤0.20％；Pb≤0.0005％；Bi≤0.00005％；As≤0.001％；Sn≤0.001％；Sb≤0.001％；余量为镍及不可避免的杂质。本发明通过设备状态、原材料挑选准备以及冶炼各工步的严格控制，使铸造高温母合金气体含量或痕量元素控制在极低的水平。

Description

一种铸造高温母合金及其生产方法
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种铸造高温母合金及其生产方法。
背景技术
镍基沉淀硬化型等轴晶铸造高温合金，使用温度在950℃以下。合金中的铝和钛元素含量很高，形成的时效强化相ω（γ’）约占合金的65%~70%。合金的强度高、塑性好，并具有密度低（7.8g/cm3）、比强度高的特点。主要产品有涡轮叶片、导向叶片、涡轮增压器转子叶轮等精密铸件。
在实际应用中，铸造高温母合金，浇铸叶片会存在夹杂物而导致叶片寿命缩短或者叶片断裂，而原因通常为母合金中气体含量或痕量元素偏高，没有做到超纯净。
如何有效的控制铸造高温母合金纯净度是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种铸造高温母合金及其生产方法，通过设备状态、原材料挑选准备以及冶炼各工步的严格控制，使铸造高温母合金气体含量或痕量元素控制在极低的水平。
本发明采取的具体技术方案是：
一种铸造高温母合金，该合金的组分及重量百分数为：C：0.13～0.22％；Cr：8.5～9.5％；Co：14～16％；Mo：2.5～3.5％；Al：4.8～5.7％；Ti：4.5～5.0％；V：0.6～0.9％；B：0.012～0.022％；Zr：0.05～0.09％；Fe：≤1.0％；P≤0.020％；S≤0.010％；Mn≤0.50％；Si≤0.50％；Cu≤0.20％；Pb≤0.0005％；Bi≤0.00005％；As≤0.001％；Sn≤0.001％；Sb≤0.001％；余量为镍及不可避免的杂质。
优选地，上述合金中，所述杂质，单种杂质含量不超过0.05%。
优选地，上述合金中，氧、氮、硫含量均≤8ppm。
相应地，本发明还提供了上述铸造高温母合金的生产方法，包括：
a、设备准备：真空炉熔炼室的真空度小于1.0Pa，30min内真空炉的冷态漏气率≤0.13Pa/min；
b、工装辅助材料装备：锭模内外表面应无水渍、油垢，使用前用钢丝刷将灰尘、粘附物等清理干净；浇注使用的浇注材料、过滤网在使用前应去除表面和内腔的毛刺，并用压缩空气吹净；将浇注系统、过滤网、保温帽及锭模组合好后加热到一定温度350~450℃，保温≥2小时后,装炉使用；
c、原材料准备：称取原料，根据各组分的重量百分数进行配料，易被氧化原材料进行除锈处理，镍板等在装炉前用乙醇进行清洗，铝锭用烧碱进行清洗，以去除表面油污；
d、装料：将除Al、Ti、B、Fe、Zr以外的原料按照原材料的熔点进行优化装料，易熔化的元素材料放在中下部，难熔金属放在中上部；
e、低功率通电：开始用小功率送电，缓慢加热，以去除炉料的吸附气体，而后逐渐升高功率分段提温，以保证熔化期有较高的真空度，有利于气体与有害杂质的充分排除；
f、加小料及脱硫剂：加Al、Ti时分3-5次缓慢加入，并不定时送高功率进行搅拌，并倾动坩埚不少于2~3次，以保证Al、Ti成分的均匀性；加B、Fe、Zr、脱硫剂时控制搅拌功率，并倾动坩埚2~3次；
g、脱硫：加完脱硫剂，保证抽空时间，以达到脱硫脱气效果最大化；
h、浇铸：带电浇铸，保证浇铸质量和表面光洁。
优选地，步骤e中所述小功率送电具体功率为80kW，功率最高升至280kW，温度最高升至1500±10℃。
优选地，步骤f中所述不定时送高功率进行搅拌具体功率为280kW。
优选地，步骤f中加B、Fe、Zr、脱硫剂时搅拌功率为110 kW。
优选地，步骤g中所述抽空时间为1h。
本发明具有以下有益效果：1、本发明通过设备状态、原材料挑选准备以及冶炼各工步的严格控制，使铸造高温母合金气体含量或痕量元素控制在极低的水平，如氧、氮、硫≤8ppm； 2、本发明生产的铸造高温母合金各组分均匀性好。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种铸造高温母合金，该合金的组分及重量百分数为：C：0.181％；Cr：9.07％；Co：15.16％；Mo：2.925％；Al：5.28％；Ti：4.81％；V：0.77％；B：0.015％；Zr：0.064％；Fe：0.25％；P:0.0015％；S：0.0006％；Mn：0.01％；Si:0.01％；Cu：0.01％；Pb：0.0002％；Bi：0.00002％；As：0.0004％；Sn：0.0004％；Sb：0.0004％；余量为镍及不可避免的杂质。
实施例2
一种铸造高温母合金，该合金的组分及重量百分数为：C：0.178％；Cr：8.98％；Co：15.31％；Mo：2.924％；Al：5.38％；Ti：4.77％；V：0.773％；B：0.014％；Zr：0.065％；Fe：0.245％；P:0.001％；S：0.0006％；Mn：0.01％；Si:0.01％；Cu：0.01％；Pb：0.0002％；Bi：0.00002％；As：0.0003％；Sn：0.0003％；Sb：0.0003％；余量为镍及不可避免的杂质。
实施例3
一种铸造高温母合金，该合金的组分及重量百分数为：C：0.1785％；Cr：9.16％；Co：15.29％；Mo：2.94％；Al：5.395％；Ti：4.81％；V：0.775％；B：0.015％；Zr：0.064％；Fe：0.24％；P:0.0015％；S：0.0006％；Mn：0.01％；Si:0.01％；Cu：0.01％；Pb：0.0001％；Bi：0.00001％；As：0.0002％；Sn：0.0002％；Sb：0.0002％；余量为镍及不可避免的杂质。
实施例4
实施例1-3所述铸造高温母合金的生产方法，包括：
a、设备准备：真空炉熔炼室的真空度小于1.0Pa，30min内真空炉的冷态漏气率≤0.13Pa/min；
b、工装辅助材料装备：锭模内外表面应无水渍、油垢，使用前用钢丝刷将灰尘、粘附物等清理干净；浇注使用的浇注材料、过滤网在使用前应去除表面和内腔的毛刺，并用压缩空气吹净；将浇注系统、过滤网、保温帽及锭模组合好后加热到一定温度350~450℃，保温≥2小时后,装炉使用；
c、原材料准备：称取原料，根据各组分的重量百分数进行配料，易被氧化原材料进行除锈处理，镍板等在装炉前用乙醇进行清洗，铝锭用烧碱进行清洗，以去除表面油污；
d、装料：将除Al、Ti、B、Fe、Zr以外的原料按照原材料的熔点进行优化装料，易熔化的元素材料放在中下部，难熔金属放在中上部；
e、低功率通电：开始用小功率（80kW）送电，缓慢加热，以去除炉料的吸附气体，而后逐渐升高功率分段提温，功率最高升至280kW，温度最高升至1500℃，以保证熔化期有较高的真空度，有利于气体与有害杂质的充分排除；
f、加小料及脱硫剂：加Al、Ti时分3-5次缓慢加入，并不定时送高功率（280kW）进行搅拌，并倾动坩埚不少于2~3次，以保证Al、Ti成分的均匀性；加B、Fe、Zr、脱硫剂时控制搅拌功率为110 kW，并倾动坩埚2~3次；
g、脱硫：加完脱硫剂，进行一小时抽空，以达到脱硫脱气效果最大化；
h、浇铸：带电浇铸，保证浇铸质量和表面光洁。
对实施例1-3所述的铸造高温母合金电极锭取样，通过荧光光谱仪、ICP和气体联测仪等设备进行化学元素分析，具体成分见表1：
表1实施得到成分检测结果
元素 C Cr Ni Mo Co B V
规范 0.13-0.20 8.60-9.50 余 2.55-3.50 14.5-16.0 0.012-0.021 0.60-0.90
1批（头） 0.182 9.07 余 2.92 15.15 0.015 0.77
1批（尾） 0.179 9.07 余 2.93 15.17 0.015 0.77
2批（头） 0.178 9.00 余 2.93 15.35 0.014 0.78
2批（尾） 0.178 8.97 余 2.92 15.27 0.014 0.77
3批（头） 0.178 9.19 余 2.94 15.33 0.015 0.78
3批（尾） 0.179 9.14 余 2.94 15.24 0.015 0.77
元素 Al Ti Al+Ti Mn P S Si
规范 4.90-5.70 4.60-5.00 ≤10.5 ≤0.05 ≤0.002 ≤0.001 ≤0.08
1批（头） 5.27 4.78 10.05 0.01 ＜0.002 0.0006 0.01
1批（尾） 5.29 4.86 10.15 0.01 ＜0.002 0.0006 0.01
2批（头） 5.41 4.78 10.19 0.01 ＜0.002 0.0006 0.01
2批（尾） 5.36 4.76 10.12 0.01 ＜0.002 0.0006 0.01
3批（头） 5.40 4.84 10.24 0.01 ＜0.002 0.0006 0.01
3批（尾） 5.39 4.79 10.18 0.01 ＜0.002 0.0006 0.01
元素 Cu Fe Ta Nb Zr W Tl
规范 ≤0.02 ≤0.8 ≤0.1 ≤0.01 0.05-0.09 ≤0.05 ≤0.00005
1批（头） 0.01 0.25 ＜0.05 ＜0.002 0.063 0.029 ＜0.00005
1批（尾） 0.01 0.25 ＜0.05 ＜0.002 0.065 0.020 ＜0.00005
2批（头） 0.01 0.25 ＜0.05 ＜0.002 0.064 0.039 ＜0.00005
2批（尾） 0.01 0.24 ＜0.05 ＜0.002 0.066 0.031 ＜0.00005
3批（头） 0.01 0.24 ＜0.05 ＜0.002 0.064 0.034 ＜0.00005
3批（尾） 0.01 0.24 ＜0.05 ＜0.002 0.064 0.024 ＜0.00005
元素 Hf Ga Ca Re Ru Pd Te
规范 ≤0.1 ≤0.0025 ≤0.0025 ≤0.05 ≤0.001 ≤0.0001 ≤0.00005
1批（头） ＜0.01 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.005 ＜0.001 ＜0.0001 ＜0.00005
1批（尾） ＜0.01 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.005 ＜0.001 ＜0.0001 ＜0.00005
2批（头） ＜0.01 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.005 ＜0.001 ＜0.0001 ＜0.00005
2批（尾） ＜0.01 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.005 ＜0.001 ＜0.0001 ＜0.00005
3批（头） ＜0.01 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.005 ＜0.001 ＜0.0001 ＜0.00005
3批（尾） ＜0.01 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.005 ＜0.001 ＜0.0001 ＜0.00005
元素 Cd Pt Ba In Zn Ag Se
规范 ≤0.0005 ≤0.002 ≤0.001 ≤0.0001 ≤0.0001 ≤0.0003 ≤0.0005
1批（头） ＜0.0005 ＜0.002 ＜0.001 ＜0.0001 ＜0.0001 ＜0.0003 ＜0.0005
1批（尾） ＜0.0005 ＜0.002 ＜0.001 ＜0.0001 ＜0.0001 ＜0.0003 ＜0.0005
2批（头） ＜0.0005 ＜0.002 ＜0.001 ＜0.0001 ＜0.0001 ＜0.0003 ＜0.0005
2批（尾） ＜0.0005 ＜0.002 ＜0.001 ＜0.0001 ＜0.0001 ＜0.0003 ＜0.0005
3批（头） ＜0.0005 ＜0.002 ＜0.001 ＜0.0001 ＜0.0001 ＜0.0003 ＜0.0005
3批（尾） ＜0.0005 ＜0.002 ＜0.001 ＜0.0001 ＜0.0001 ＜0.0003 ＜0.0005
元素 As Pb O N Sb Bi Sn
规范 ≤0.0005 ≤0.0003 ≤0.0008 ≤0.0008 ≤0.0005 ≤0.00004 ≤0.0005
1批（头） ＜0.0005 ＜0.0003 0.00048 0.0004 ＜0.0005 ＜0.00003 ＜0.0005
1批（尾） ＜0.0005 ＜0.0003 0.00070 0.0005 ＜0.0005 ＜0.00003 ＜0.0005
2批（头） ＜0.0005 ＜0.0003 0.00053 0.0005 ＜0.0005 ＜0.00003 ＜0.0005
2批（尾） ＜0.0005 ＜0.0003 0.00065 0.0005 ＜0.0005 ＜0.00003 ＜0.0005
3批（头） ＜0.0005 ＜0.0003 0.00068 0.0005 ＜0.0005 ＜0.00003 ＜0.0005
3批（尾） ＜0.0005 ＜0.0003 0.00018 0.0006 ＜0.0005 ＜0.00003 ＜0.0005
由表1成分结果可知，铸造高温母合金全部满足要求，并且痕量元素也控制在加严的范围内，且合金中各元素含量头尾相差无几，说明各元素在合金中分布均匀。

Claims (8)

1.一种铸造高温母合金，其特征在于该合金的组分及重量百分数为：C：0.13～0.22％；Cr：8.5～9.5％；Co：14～16％；Mo：2.5～3.5％；Al：4.8～5.7％；Ti：4.5～5.0％；V：0.6～0.9％；B：0.012～0.022％；Zr：0.05～0.09％；Fe：≤1.0％；P≤0.020％；S≤0.010％；Mn≤0.50％；Si≤0.50％；Cu≤0.20％；Pb≤0.0005％；Bi≤0.00005％；As≤0.001％；Sn≤0.001％；Sb≤0.001％；余量为镍及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述一种铸造高温母合金，其特征在于上述合金中，所述杂质，单种杂质含量不超过0.05%。
3.根据权利要求1所述一种铸造高温母合金，其特征在于合金中氧、氮、硫含量均≤8ppm。
4.根据权利要求1或2或3所述铸造高温母合金的生产方法，其特征在于包括：
a、设备准备：真空炉熔炼室的真空度小于1.0Pa，30min内真空炉的冷态漏气率≤0.13Pa/min；
b、工装辅助材料装备：锭模内外表面应无水渍、油垢，使用前用钢丝刷将灰尘、粘附物等清理干净；浇注使用的浇注材料、过滤网在使用前应去除表面和内腔的毛刺，并用压缩空气吹净；将浇注系统、过滤网、保温帽及锭模组合好后加热到一定温度350~450℃，保温≥2小时后,装炉使用；
c、原材料准备：称取原料，根据各组分的重量百分数进行配料，易被氧化原材料进行除锈处理，镍板等在装炉前用乙醇进行清洗，铝锭用烧碱进行清洗，以去除表面油污；
d、装料：将除Al、Ti、B、Fe、Zr以外的原料按照原材料的熔点进行优化装料，易熔化的元素材料放在中下部，难熔金属放在中上部；
e、低功率通电：开始用小功率送电，缓慢加热，以去除炉料的吸附气体，而后逐渐升高功率分段提温，以保证熔化期有较高的真空度，有利于气体与有害杂质的充分排除；
f、加小料及脱硫剂：加Al、Ti时分3-5次缓慢加入，并不定时送高功率进行搅拌，并倾动坩埚不少于2~3次，以保证Al、Ti成分的均匀性；加B、Fe、Zr、脱硫剂时控制搅拌功率，并倾动坩埚2~3次；
g、脱硫：加完脱硫剂，保证抽空时间，以达到脱硫脱气效果最大化；
h、浇铸：带电浇铸，保证浇铸质量和表面光洁。
5.根据权利要求4所述铸造高温母合金的生产方法，其特征在于步骤e中所述小功率送电具体功率为80kW，功率最高升至280kW，温度最高升至1500±10℃。
6.根据权利要求4所述铸造高温母合金的生产方法，其特征在于步骤f中所述不定时送高功率进行搅拌具体功率为280kW。
7.根据权利要求4所述铸造高温母合金的生产方法，其特征在于步骤f中加B、Fe、Zr、脱硫剂时搅拌功率为110 kW。
8.根据权利要求4所述铸造高温母合金的生产方法，其特征在于步骤g中所述抽空时间为1h。
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