CN112066725A - 用于高温合金熔炼的新型结构坩埚及其真空感应熔炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于高温合金熔炼的新型结构坩埚，包括坩埚体，坩埚体内竖直设置挡板，挡板上端与坩埚体上端平齐，挡板下端与坩埚体底部留有空隙，空隙内设置过滤网，坩埚体顶部设置浇口。本发明坩埚内部挡板对浮渣具有吸附作用，摇炉过程中轻微摇动就可以使漂浮在合金液表面的浮渣吸附在挡板上，底部过滤网可以过滤合金熔体中的夹杂物，有效降低浇注后合金熔体中的夹杂物和浮渣含量。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金熔炼技术领域，尤其是一种用于高温合金熔炼的新型结构坩埚及其真空感应熔炼工艺。
背景技术
高温合金是目前航空发动机和地面燃气轮机高温部件制造不可替代的关键结构材料，其纯净度的高低会直接影响发动机和燃气轮机的性能及可靠性。高温合金在熔炼过程中，由于原材料纯净度以及合金熔化过程中与坩埚反应等问题，会不可避免地产生氧化物夹杂，同时不断上浮聚集形成浮渣，在不采取措施的情况下会随着合金浇注进入母合金锭。在后续铸件制备过程中，母合金锭熔化后浮渣随着母合金熔体进入铸件，在铸件使用过程中作为裂纹源逐步发展成为裂纹产生和扩展的通道，降低铸件的疲劳和蠕变性能，对航空发动机和燃气轮机的平稳可靠运行带来极大风险，因此，必须严格控制合金中的夹杂物和浮渣含量。
目前，铸造高温合金通常采用真空感应熔炼法进行熔炼，在溜槽中安装挡渣板和过滤网对浮渣进行阻挡和吸附是唯一的去除手段。合金液浇注过程中，采用孔洞尺寸较小的过滤网时，大尺寸的浮渣会堵塞过滤网，造成过滤效果降低，浮渣较多时甚至出现过滤网被浮渣完全堵塞，造成合金液漫过过滤网直接进入锭模，使过滤网完全失去过滤作用从而使大量浮渣进入铸锭。因此，在实际批量熔炼浇注过程中，往往采用孔洞尺寸较大的过滤网进行过滤，虽然能过滤大尺寸浮渣，但是小尺寸的浮渣会直接穿过过滤网进入锭模，对夹杂物未能从根本上进行控制和去除。因此，为了降低高温合金母合金中夹杂物的含量，进一步提升高温合金母合金的纯净度水平，在现有真空感应熔炼方法的基础上，开发具有吸附和过滤夹杂物和浮渣的新型坩埚以及相应的熔炼和浇注工艺具有非常重要的意义。
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，提供一种用于高温合金熔炼的新型结构坩埚及其真空感应熔炼工艺，有效降低合金液中的浮渣含量，并提高了母合金铸锭的纯净度。本发明采用的技术方案是：
一种用于高温合金熔炼的新型结构坩埚，包括坩埚体，其中：所述坩埚体内竖直设置挡板，所述挡板上端与坩埚体上端平齐，所述挡板下端与坩埚体底部留有空隙，所述空隙内设置过滤网，所述坩埚体顶部设置浇口。
优选的是，所述的用于高温合金熔炼的新型结构坩埚，其中：所述挡板左右两端均连接坩埚体内壁，所述挡板下端连接过滤网上端，所述过滤网下端连接坩埚体底部。
优选的是，所述的用于高温合金熔炼的新型结构坩埚，其中：所述坩埚体右侧顶部设置浇口。
优选的是，所述的用于高温合金熔炼的新型结构坩埚，其中：所述挡板材质和坩埚体材质相同，挡板厚度和坩埚体壁厚相同。
优选的是，所述的用于高温合金熔炼的新型结构坩埚，其中：所述空隙宽度为15mm～25mm。
优选的是，所述的用于高温合金熔炼的新型结构坩埚，其中：所述过滤网的材质为氧化锆基过滤网，过滤网孔隙率为20PPI～30PPI。
优选的是，所述的用于高温合金熔炼的新型结构坩埚，其中：所述挡板和过滤网将坩埚体分为第一空间和第二空间，所述第一空间设置于远离浇口的一侧，所述第二空间设置于靠近浇口的一侧。
一种真空感应熔炼工艺，其中：包括以下步骤：
（1）将熔炼高温合金母合金的原材料按照顺序依次加入坩埚内第一空间进行装料，装料完成后进行熔炼，熔炼完成后得到合金液，并将合金液从浇口浇出后进入浇注模；
（2）待合金液在浇注模中完全凝固，静置5～10min，脱模得到粗合金锭，然后将粗合金锭进行表面处理，得到合金锭。
本发明的优点：
（1）本发明坩埚内部挡板对浮渣具有吸附作用，摇炉过程中轻微摇动就可以使漂浮在合金液表面的浮渣吸附在挡板上，有效降低合金液中的浮渣含量。
（2）本发明坩埚中挡板和底部过滤网的存在，且原材料在坩埚第一空间内熔化，浮渣都集中在坩埚第一空间，浇注一侧的第二空间内合金液面非常干净，浇注初期可保证母合金铸锭中没有浮渣存在。
（3）本发明坩埚底部过滤网的存在，在浇注过程中可对浮渣进行阻挡和吸附，浇注中期可保证母合金铸锭中没有浮渣存在；浇注后期，合金液面存在的极少数小尺寸浮渣可通过过滤网，但最后流出的合金液都集中在铸锭最上端的冒口处，切除冒口后可保证母合金铸锭中没有浮渣，有效提高了母合金铸锭的纯净度。
（4）本发明坩埚也可推广应用于精密铸造领域，降低铸件中夹杂物含量，提高铸件的冶金质量。
附图说明
图1为本发明用于高温合金熔炼的新型结构坩埚的主视图。
图2为本发明用于高温合金熔炼的新型结构坩埚的左视图。
图3为本发明用于高温合金熔炼的新型结构坩埚的俯视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1～3所示，本实施例提供一种用于高温合金熔炼的新型结构坩埚，包括坩埚体1，其中：所述坩埚体1内竖直设置挡板2，所述挡板2上端与坩埚体1上端平齐，所述挡板2下端与坩埚体1底部留有空隙，所述空隙内设置过滤网3，所述坩埚体1顶部设置浇口4。
其中：所述挡板2左右两端均连接坩埚体1内壁，所述挡板2下端连接过滤网3上端，所述过滤网3下端连接坩埚体1底部。
其中：所述坩埚体1右侧顶部设置浇口4。
其中：所述挡板2材质和坩埚体1材质相同，挡板3厚度和坩埚体1壁厚相同。
其中：所述空隙宽度为15mm～25mm。
其中：所述过滤网3的材质为氧化锆基过滤网，过滤网3孔隙率为20PPI～30PPI。
其中：所述挡板2和过滤网3将坩埚体分为第一空间5和第二空间6，所述第一空间5设置于远离浇口4的一侧，所述第二空间6设置于靠近浇口4的一侧。
实施例2
本实施例提供一种真空感应熔炼工艺，所熔炼的合金牌号为K417，按质量分数计，所述合金的化学成分为：0.18%C，9.0%Cr，5.4%Al，4.9%Ti，3.0%Mo，15%Co，0.8%V，0.017%B，0.07%Zr，余量为Ni，单炉熔炼13Kg合金。
选用25Kg容量的带中间挡板和底部过滤网的氧化镁坩埚进行熔炼，坩埚挡板下端与坩埚底部空隙宽度约20mm，过滤网选取网孔隙率为20PPI的氧化锆基过滤网。
一种真空感应熔炼工艺，其中：包括以下步骤：
（1）将熔炼高温合金母合金的Ni、C、Mo、Co、Cr加入坩埚内第一空间进行装料，装料完成后进行第一次熔炼；第一次精炼结束后，加入Nb、Ti、Al元素进行第二次精炼和搅拌；最后加入易烧损和易挥发的B、Zr微量元素，进行最后一次精炼和搅拌；
（2）合金熔炼完成后得到合金液，小幅度晃动坩埚，并将合金液从浇口浇出后进入浇注模，控制浇注速度避免坩埚空间较大部分合金液漫过挡板上端浇注进模壳；待合金液在浇注模中完全凝固，静置5min，脱模得到粗合金锭，然后将粗合金锭进行表面处理，得到合金锭。
对实施例2所熔炼母合金进行浮渣测试，浮渣含量小于2级，母合金纯净度明显提升。
实施例3
本实施例提供一种用于高温合金熔炼的新型结构坩埚及其真空感应熔炼工艺，所熔炼的合金牌号为K417，该合金的化学成分（质量分数）为：0.18%C，9.0%Cr，5.4%Al，4.9%Ti，3.0%Mo，15%Co，0.8%V，0.017%B，0.07%Zr，余量为Ni，单炉熔炼13Kg合金。
选用25Kg容量的带中间挡板和底部过滤网的氧化镁坩埚进行熔炼，坩埚挡板下端与坩埚底部空隙宽度约20mm，过滤网选取网孔隙率为20PPI的氧化锆基过滤网。
一种真空感应熔炼工艺，其中：包括以下步骤：
（1）将熔炼高温合金母合金的Ni、C、Mo、Co、Cr加入坩埚内第一空间进行装料，装料完成后进行第一次熔炼；第一次精炼结束后，加入Ti、Al、V元素进行第二次精炼和搅拌；最后加入易烧损和易挥发的B、Zr微量元素，进行最后一次精炼和搅拌；合金熔炼完成后得到合金液，小幅度晃动坩埚，并将合金液从浇口浇出后进入浇注模，控制浇注速度避免坩埚空间较大部分合金液漫过挡板上端浇注进模壳；
（2）待合金液在浇注模中完全凝固，静置5min，脱模得到粗合金锭，然后将粗合金锭进行表面处理，得到合金锭。
对实施例3所熔炼母合金进行浮渣测试，浮渣含量小于2级，母合金纯净度明显提升。
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 (8)
1.一种用于高温合金熔炼的新型结构坩埚，包括坩埚体，其特征在于：所述坩埚体内竖直设置挡板，所述挡板上端与坩埚体上端平齐，所述挡板下端与坩埚体底部留有空隙，所述空隙内设置过滤网，所述坩埚体顶部设置浇口。
2.如权利要求1所述的用于高温合金熔炼的新型结构坩埚，其特征在于：所述挡板左右两端均连接坩埚体内壁，所述挡板下端连接过滤网上端，所述过滤网下端连接坩埚体底部。
3.如权利要求1所述的用于高温合金熔炼的新型结构坩埚，其特征在于：所述坩埚体右侧顶部设置浇口。
4.如权利要求1所述的用于高温合金熔炼的新型结构坩埚，其特征在于：所述挡板材质和坩埚体材质相同，挡板厚度和坩埚体壁厚相同。
5.如权利要求1所述的用于高温合金熔炼的新型结构坩埚，其特征在于：所述空隙宽度为15mm～25mm。
6.如权利要求1所述的用于高温合金熔炼的新型结构坩埚，其特征在于：所述过滤网的材质为氧化锆基过滤网，过滤网孔隙率为20PPI～30PPI。
7.如权利要求1所述的用于高温合金熔炼的新型结构坩埚，其特征在于：所述挡板和过滤网将坩埚体分为第一空间和第二空间，所述第一空间设置于远离浇口的一侧，所述第二空间设置于靠近浇口的一侧。
8.一种真空感应熔炼工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将熔炼高温合金母合金的原材料按照顺序依次加入坩埚内第一空间进行装料，装料完成后进行熔炼，熔炼完成后得到合金液，并将合金液从浇口浇出后进入浇注模；
（2）待合金液在浇注模中完全凝固，静置5～10min，脱模得到合金锭，然后将合金锭进行表面处理，得到合金锭。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201211 |
|
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