CN113370084A - 一种高温合金返回料的预处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温合金返回料的预处理方法，属于合金技术领域。本发明的方法先进一步优化返回料的结构使之易于去杂，再提高烘烤温度去除返回料表面附属物，然后经过巧妙设置的三次抛丸工序去除杂质后，最终震落钢丸，其有益效果是：有效降低返回料表面(~30μm)的氧、氮含量，显著减少返回料内腔中陶瓷型芯，降低硅含量，且处理过程中，返回料中铁含量没有明显增加，从而提高了纯净度、提升了其品质，有效保障了返回料的再利用等级。

Description

一种高温合金返回料的预处理方法

技术领域

本发明涉及一种高温合金返回料的预处理方法，属于合金技术领域。

背景技术

高温合金是一种重要的战略基础材料，已广泛应用再航空、航天、燃机和新能源等关系国计民生的重大领域。但是，高温合金实际应用过程中，其利用率较低（通常小于50%），导致产生大量返回料。由于高温合金多服役在工作环境恶劣的条件下，导致其返回料表面(～30μm)中，氧、氮含量极高。同时，其零部件生产过程中与陶瓷型芯接触，导致返回料内腔中存在不少陶瓷型芯，增加了硅含量。大量氧、氮和硅元素恶化了返回料的性能，影响了其品质，严重限制了返回料的应用。因此，如何降低返回料中的氧、氮和硅含量，实现再次利用一直是高温合金研究和开发的重要领域之一。

对于高温合金返回料的再利用，通常采取将返回料经过酸洗、碱洗或抛丸等预处理后，再用真空感应熔炼成铸锭降级使用。采用酸洗和碱洗对返回料进行预处理，虽能有效降低返回料中的氧、氮含量，但其废水不仅污染环境、影响操作人员健康，而且返回料中极易残余各种离子（在后续生产加工过程中，难以去除），降低了返回料品质，导致返回料只能降级使用。另一方面，由于对钢丸材质、喷速、大小、以及抛丸量等关键参数认知上的不足，导致现有抛丸技术和方法虽能去除返回料中的部分氧和氮，但效率降低，而且导致抛丸过程中，返回料增铁严重，进一步影响返回料的再利用极其品质。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的工艺缺陷，提出一种高温合金返回料的预处理方法，不经酸洗或碱洗，降低返回料残余物和外来物的水平，降低高温合金返回料中的氧、氮、以及硅含量，提高高温合金返回料品质，从而降低后续生产加工难度，维持高温合金返回料的正常使用等级。

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预处理方法，包括以下步骤：

第一步、切割，将返回料切割成小料；

第二步、表面清理，将所述小料于100～120℃，烘烤2～6小时至干燥；适当提高烘烤温度，提高去除(碳化)返回料表面如油质、水质、木屑等外来物效率，减少烘烤时间;

第三步、一次抛丸，将表面清理后的小料用直径为2～4mm的钢丸进行处理；

第四步、二次抛丸，将经过一次抛丸的小料用直径为0.5mm～1mm的钢丸进行处理；

第五步、三次抛丸，将经过二次抛丸的小料用直径为1mm～2mm的钢丸进行处理;

第六步、机械振动，将经过三次抛丸的小料进行振动处理，完成返回料预处理。

本发明通过以下技术方案进一步解决技术问题，

所述第一步中，将返回料切割成≤200*200*100mm的小料。所述返回料包含一次缩孔的返回料和服役后具有内腔的零部件的返回料，切割时，沿孔或腔的高度方向切割，切割后的返回料每块中孔或腔的数量≤5个，孔或腔的长度≤100mm，每个孔或腔在外表面露头,沿缩孔和内腔切割，提高抛丸过程中钢丸与缩孔和内腔接触几率，提高去除夹渣、型芯等，从而提升去氧、氮和硅等杂质效率。

所述第三步中，钢丸的直径为3mm的耐磨合金钢丸，处理时的喷射速度为60～80m/s，喷射量为1000～2200kg/h，喷射时间为30～50min。本步骤通过选择合适的钢丸，提升喷射速度，增加喷丸量，促进粘附在缩孔和内腔中的陶瓷型芯、夹杂、以及表面碳化后油质和木屑等物质的脱落，提升去除效果，提高去除效率

所述第四步中，钢丸的直径为0.5mm的不锈钢或耐磨合金钢丸，处理时的喷射速度为65～75m/s，喷射量为1400～2800kg/h，喷射时间为35～55min。所述钢丸为耐磨合金刚材质。本步骤增加钢丸与返回料接触面积，提高去除效率，同时避免出现不锈钢钢丸由于硬度不够而粘附在返回料表面，导致返回料增铁现象出现。

所述第五步中，钢丸的直径为1.5mm的不锈钢或耐磨合金钢丸，处理时的喷射速度为60～70m/s，喷射量为1200～2400kg/h，喷射时间为30～50min。本步骤不仅提高终去氧氮效果，而且能减少钢丸粘附在返回料表面、以及卡在缩孔和内腔的几率。

三次抛丸和震动的总时间≥100min,选用3mm、0.5mm和1.5mm钢丸，能提高去除返回料中氧、氮和硅的同时，最大限度地避免抛丸过程中，返回料中铁元素的增加。

所述第六步中，震动时，激振力为80～120kN，震动频率为60～80Hz，震动加速器为1～2g，振幅为1～2mm，震动时间为10～30min。选用机械震动作为返回料处理的最终工序，能将卡在缩孔和内腔中的钢丸全部震动脱落，有效降低整个预处理过程中铁元素的增加。

返回料的预处理是返回料再利用的关键工艺之一，对返回料中的氧、氮和硅含量控制有极其重要的影响，是保证返回料再利用的关键过程。通过预处理尽可能降低返回料中有害杂质元素含量，对于提升返回料品质，提高返回料再利用等级和范围有十分重要的现实意义。本发明的方法先进一步优化返回料的结构使之易于去杂，再提高烘烤温度去除返回料表面附属物，然后经过巧妙设置的三次抛丸工序去除杂质后，最终震落钢丸，其有益效果是：有效降低返回料表面(~30μm)的氧、氮含量，显著减少返回料内腔中陶瓷型芯，降低硅含量，且处理过程中，返回料中铁含量没有明显增加，从而提高了纯净度、提升了其品质，有效保障了返回料的再利用等级。

具体实施方式

下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。

实施例1

本实施例按以下步骤对K418高温合金返回料进行预处理。

步骤1，返回料切割：

将1.5吨K418高温合金返回料(含废零件)中，大块返回料切割成约180*180*98mm小料；将浇道沿长度方向切割开；将废弃零件沿内腔长度方向切割开，同时保证内腔道长度不超过100mm；

步骤2，返回料表面清理：

将切割后的K418返回料放置在台车炉中，将烘烤温度设置为110±10℃，烘烤时间控制在4.5小时以内。

步骤3，一次抛丸：

将烘烤后的K418返回料放入抛丸机中，钢丸选用直径为3mm的耐磨合金钢。喷射速度设定为80m/s，喷射量设定为2000kg/h，进行抛丸处理，抛丸时间为30min。

步骤4，二次抛丸：

一次抛丸后，改选直径为0.5mm的耐磨合金钢。喷射速度调整为75m/s，喷射量降低为1500kg/h，进行二次抛丸处理，抛丸时间为45min。

步骤5，三次抛丸：

二次抛丸后，改选直径为1.5mm的耐磨合金钢。喷射速度调整为75m/s，喷射量提高为1400kg/h，进行三次抛丸处理，抛丸时间为45min。

步骤6，机械震动处理：

将经过抛丸后的K418返回料至于振动机上，同时激振力设置为80kN，震动频率为65Hz，震动加速器为1.5g，振幅为1mm，进行震动处理，震动15min后，完成K418返回料的预处理所有工序。

实施例2

本实施例按以下步骤对K438高温合金返回料进行预处理。

步骤1，返回料切割：

将1.1吨K438高温合金返回料(含废零件)中，大块返回料切割成约150*150*90mm小料；将浇道沿长度方向切割开；将废弃零件沿内腔长度方向切割开，同时保证内腔道长度不超过90mm；

步骤2，返回料表面清理：

将切割后的K438返回料放置在台车炉中，将烘烤温度设置为105±10℃，烘烤时间控制在4小时以内。

步骤3，一次抛丸：

将烘烤后的K438返回料放入抛丸机中，钢丸选用直径为3mm的耐磨合金钢。喷射速度设定为65m/s，喷射量设定为1600kg/h，进行抛丸处理，抛丸时间为35min。

步骤4，二次抛丸：

一次抛丸后，改选直径为1mm的不锈钢。喷射速度调整为70m/s，喷射量降低为1800kg/h，进行二次抛丸处理，抛丸时间为40min。

步骤5，三次抛丸：

二次抛丸后，改选直径为1.5mm的耐磨合金钢。喷射速度调整为70m/s，喷射量提高为2100kg/h，进行三次抛丸处理，抛丸时间为35min。

步骤6，机械震动处理：

将经过抛丸后的K438返回料至于振动机上，同时激振力设置为100kN，震动频率为65Hz，震动加速器为2g，振幅为1.5mm，进行震动处理，震动20min后，完成K438返回料的预处理所有工序。

实施例3

本实施例按以下步骤对K4169高温合金返回料进行预处理。

步骤1，返回料切割：

将600公斤大块K4169高温合金返回料(含废零件)切割成约170*170*80mm小料；将浇道沿长度方向切割开；将废弃零件沿内腔长度方向切割开，同时保证内腔道长度不超过90mm；

步骤2，返回料表面清理：

将切割后的K4169返回料放置在台车炉中，将烘烤温度设置为110±10℃，烘烤时间控制在3.5小时以内。

步骤3，一次抛丸：

将烘烤后的K4169返回料放入抛丸机中，钢丸选用直径为3mm的耐磨合金钢。喷射速度设定为75m/s，喷射量设定为1100kg/h，进行抛丸处理，抛丸时间为40min。

步骤4，二次抛丸：

一次抛丸后，改选直径为0.5mm的不锈钢。喷射速度调整为65m/s，喷射量降低为1400kg/h，进行二次抛丸处理，抛丸时间为40min。

步骤5，三次抛丸：

二次抛丸后，改选直径为1.5mm的不锈钢。喷射速度调整为70m/s，喷射量提高为1500kg/h，进行三次抛丸处理，抛丸时间为30min。

对比例1

本对比例按现有技术的方法处理返回料，包括以下步骤：

步骤1，将1.3吨K418高温合金返回料割成≤200*200*100mm后，放置在台车炉中，将烘烤温度设置为110±10℃，烘烤时间控制在4.0小时以内。

步骤2，将烘烤后的K418返回料放入抛丸机中，钢丸选用直径为0.5mm的不锈钢。喷射速度设定为70m/s，喷射量设定为1000kg/h，进行抛丸处理，抛丸时间为40min。

步骤3，之后，改选直径为1mm的不锈钢钢丸。喷射速度调整为50m/s，喷射量提高为1200kg/h，进行二次抛丸处理，抛丸时间为30min，完成K418返回料的预处理所有工序。

对比例2

本对比例按现有技术的方法处理返回料，包括以下步骤：

步骤1，将950吨K438高温合金返回料割成≤200*200*100mm后，放置在台车炉中，将烘烤温度设置为100±10℃，烘烤时间控制在3.5小时以内。

步骤2，将烘烤后的K438返回料放入抛丸机中，钢丸选用直径为0.5mm的不锈钢。喷射速度设定为60m/s，喷射量设定为1200kg/h，进行抛丸处理，抛丸时间为35min。

步骤3，之后，改选直径为1mm的耐磨钢钢丸。喷射速度调整为60m/s，喷射量提高为1400kg/h，进行二次抛丸处理，抛丸时间为30min，完成K438返回料的预处理所有工序。对比例3

本对比例按现有技术的方法处理返回料，包括以下步骤：

步骤1，将850吨K4169高温合金返回料割成≤200*200*100mm后，放置在台车炉中，将烘烤温度设置为110±10℃，烘烤时间控制在3.5小时以内。

步骤2，将烘烤后的K4169返回料放入抛丸机中，钢丸选用直径为0.5mm的不锈钢。喷射速度设定为65m/s，喷射量设定为1400kg/h，进行抛丸处理，抛丸时间为40min。

步骤3，之后，改选直径为1mm的不锈钢钢丸。喷射速度调整为60m/s，喷射量提高为1400kg/h，进行二次抛丸处理，抛丸时间为40min，完成K4169返回料的预处理所有工序。

检测采用本发明技术和现有技术预处理的高温合金返回料中氧、氮、硅和铁含量，结果对比如表1所列。

表1

注：*Si含量为返回料内腔表面检测值。

结果表明，与现有抛丸技术相比，本发明技术处理高温合金返回料，除氧、氮效果提高了10%以上，除硅效果提高了15%以上，效果明显，且增铁不明显。可见与现有抛丸技术相比，本发明技术显著降低了高温合金返回料中的氧、氮和硅杂质元素含量，有效提高了返回料品质。本发明可以用于250～2000公斤级抛丸机。本发明处理过程稳定、吨位高、效果明显，且易于控制，适用于工业化应用，充分体现了本发明具有较高的技术价值和经济价值。

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 (8)

1.一种高温合金返回料的预处理方法，包括以下步骤：

第一步、切割，将返回料切割成≤200*200*100mm的小料；

第二步、表面清理，将所述小料于100～120℃，烘烤2～6小时至干燥；

第三步、一次抛丸，将表面清理后的小料用直径为2～4mm的钢丸进行处理；

第四步、二次抛丸，将经过一次抛丸的小料用直径为0.5mm～1mm的钢丸进行处理；

第五步、三次抛丸，将经过二次抛丸的小料用直径为1mm～2mm的钢丸进行处理;

第六步、机械振动，将经过三次抛丸的小料进行振动处理，完成返回料预处理。

2.根据权利要求1所述高温合金返回料的预处理方法，其特征在于：所述返回料包含一次缩孔的返回料和服役后具有内腔的零部件的返回料，切割时，沿孔或腔的高度方向切割，切割后的返回料每块中孔或腔的数量≤5个，孔或腔的长度≤100mm，且每个孔或腔在外表面露头。

3.根据权利要求1所述高温合金返回料的预处理方法，其特征在于：所述第三步中，钢丸的直径为3mm的耐磨合金钢丸，处理时的喷射速度为60～80m/s，喷射量为1000～2200kg/h，喷射时间为30～50min。

4.根据权利要求1所述高温合金返回料的预处理方法，其特征在于：所述第四步中，钢丸的直径为0.5mm的不锈钢或耐磨合金钢丸，处理时的喷射速度为65～75m/s，喷射量为1400～2800kg/h，喷射时间为35～55min。

5.根据权利要求4所述高温合金返回料的预处理方法，其特征在于：所述钢丸为耐磨合金刚材质。

6.根据权利要求1所述高温合金返回料的预处理方法，其特征在于：所述第五步中，钢丸的直径为1.5mm的不锈钢或耐磨合金钢丸，处理时的喷射速度为60～70m/s，喷射量为1200～2400kg/h，喷射时间为30～50min。

7.根据权利要求1所述高温合金返回料的预处理方法，其特征在于：所述第六步中，震动时，激振力为80～120kN，震动频率为60～80Hz，震动加速器为1～2g，振幅为1～2mm，震动时间为10～30min。

8.根据权利要求1所述高温合金返回料的预处理方法，其特征在于：三次抛丸和震动的总时间≥100min。