CN114561571B - 一种低铸造应力高强耐磨镍基合金及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低铸造应力高强耐磨镍基合金，其化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.07～0.10%，Si≤0.25%，Mn≤0.25%，Al：1.4～1.8%，Nb：2.1～2.5%，Ti：2.35～2.63%，Mo：8.5～9.5%，Cr：8.5～11.5%，Co：1～5%，Fe：21～24%，B：0.005～0.015%，余量为Ni和不可避免的杂质。采用本发明公开的镍基合金的成分冶炼制备的钢液经过模铸后，铸锭由内应力引发的开裂问题得到改善，可直接进行加热及热加工，减少了铸锭热脱模、去应力退火等环节，节约生产成本。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种低铸造应力高强耐磨镍基合金及其生产方法。
背景技术
热压烧结工艺是金刚石工具制造业生产高端圆盘锯、钻头等产品刀头的典型生产工艺。在金刚石工具制造业，热压烧结模具对金刚石刀头制品的生产至关重要，通常使用的模具材料为石墨材质，具有线膨胀系数低、耐受温度高、高温强度高、采购成本低的突出优势，尤其是其强度可以随着温度升高而增大，在高温高压的工艺条件下可以确保不失效。然而，石墨材料自身又存在一些不足，如塑性差、韧性差、服役寿命短以及不可修复，导致模具加工手段单一、不利于生产复杂形状的刀头、更换频率高、难以循环利用等问题。
公开号CN102886519A的专利申请公开了一种高度自动化的热压烧结机，解决了传统热压烧结生产中设备占地空间大、热能利用率低、有害烟尘气体无限制放散以及人力占用多的问题，极大地提高了生产效率。该热压烧结设备采用金属材质模具进行配套，使产品造型不再受石墨模具的限制，为金刚石工具制造企业进一步完善产品结构奠定了硬件基础，并且金属材料的可循环利用与大力发展绿色经济、循环经济完美契合。然而，热压烧结工艺自身的特点对金属模具材料提出了非常高的要求，如高硬度、高强度、良好高温稳定性与高温强韧性等。传统的热作模具钢、铁素体耐热钢等材料虽然在一定温度范围内可以满足热压烧结生产，但当温度进一步提升（800～900℃）时，上述材料便由于热强性差而很快失效；热强性较高的高温合金尽管在热压烧结的工艺温度范围内可以实现稳定服役，但是由于室温下硬度普遍偏低（通常不超过45HRC），在装模过程中很容易发生严重划伤，生产的刀头产生毛刺缺陷。
申请号为201710947182.7的专利申请公开了一种热压烧结模具用合金材料，兼具高热强性、高塑性的特点，且室温硬度高于常规高温合金，以满足热压烧结生产金刚石刀头的工艺要求。然而，实践中发现，该合金在模铸后铸锭自然冷却过程中内应力较大，铸锭内部由于该内应力作用产生宏观裂纹源，在热加工过程中造成严重开裂，必须在1000℃以上高温热脱模，并及时进行去应力退火以及缓冷处理，才可以进行后续热加工，造成生产工艺冗长、生产成本较高的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低铸造应力高强耐磨镍基合金及其生产方法，改善热压烧结模具用合金材料制备过程中铸锭开裂倾向严重的问题，改变合金制备过程必须“高温热脱模+去应力退火+缓慢冷却+热加工”的冗长技术路线的现状，降低制备成本。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：
一种低铸造应力高强耐磨镍基合金，其化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.07～0.10%，Si≤0.25%，Mn≤0.25%，Al：1.4～1.8%，Nb：2.1～2.5%，Ti：2.35～2.63%，Mo：8.5～9.5%，Cr：8.5～11.5%，Co：1～5%，Fe：21～24%，B：0.005～0.015%，余量为Ni和不可避免的杂质。
本发明所述镍基合金化学成分检测方法参考：GB/T 14203-2016 《火花放电原子发射光谱分析法通则》。
本发明还提供了一种低铸造应力高强耐磨镍基合金铸锭的生产方法，具体为：使用真空感应炉，按照上述镍基合金化学成分配比合金料进行熔炼，在铸铁模内浇铸，自然冷却后即得。
本发明所述熔炼工序：
（1）将电解镍、铌铁、海绵钛、钼铁、金属铬、单质钴、硅铁、电解锰、纯铁按照上述化学元素质量百分比进行配料，并填装至真空感应炉的坩埚中；
（2）打开真空感应炉真空泵进行抽真空，真空度控制在小于6帕斯卡，接着以50千瓦～100千瓦的熔炼功率供电15分钟～30分钟，再将熔炼功率提高至150千瓦～200千瓦供电直至炉内原料全部熔化，保持该供电功率15分钟～30分钟；
（3）将碳粉、铝粒、单质硼按照上述化学元素质量分数进行配比后，通过真空加料装置投入坩埚中的液态金属中，同时将供电功率提高至220千瓦～250千瓦，熔炼室内填充氩气至压强达到10000帕斯卡～12000帕斯卡，开启电磁搅拌使上述合金料在钢液中熔化并扩散均匀；
（4）取样进行成分快速分析，根据实测结果进行合金料补充投放，熔炼5分钟～10分钟，完成熔炼工序。
本发明所述浇铸工序：
（1）以280千瓦～300千瓦的熔炼功率供电，确保液态金属保证一定的过热度，接着保持该熔炼功率不变，将熔炼工序第（4）步所得钢液在真空感应炉中以1387℃～1417℃的出钢温度浇铸至铸铁锭模中，浇铸速度控制在8公斤/分钟～10公斤/分钟，浇铸过程确保钢液不与外界空气接触；
（2）钢液在铸铁锭模中自然冷却至500℃～550℃后，将铸铁模打开取出铸锭自然冷却至室温，完成浇铸工序。
按照上述方法生产的低铸造应力高强耐磨镍基合金铸锭表面无裂纹，经热加工及固溶时效处理后晶粒度级别达到8～9级，抗拉强度在1510MPa～1660MPa，屈服强度在1185MPa～1260Mpa，延伸率在12%～15%，硬度在47HRC～53HRC。
本发明的设计思路为：镍基合金在固液两相区会大量析出σ相和Laves相，这两种拓扑密排相的结构与面心立方的基体非共格，且属于硬脆相，初期析出速率较快且形状多为大块岛状或不规则形状，凝固过程中由于合金体积收缩，在拓扑密排相周边带尖角的位置会产生应力集中，产生初始裂纹并逐渐扩展。对铸锭的去应力退火只能缓解裂纹的进一步扩展，不能根本改变铸锭质量问题，最终直接导致合金热加工过程成材率低，大大提高制备成本。由上述分析可以发现，真正导致合金内应力较大的原因在于固液两相区不规则形状非共格拓扑密排相的析出与凝固收缩过程合金基体体积收缩之间的不协调性，因此通过化学成分优化降低这一不协调性，可以最经济地解决这一问题。本发明提供的镍基合金，其关键点在于三方面：（1）提高C元素含量至0.07%～0.10%，增加NbC、Mo2C、Cr23C6等碳化物的析出量，占用大量合金元素的同时减缓了大块状不规则拓扑密排相在固液两相区的析出，降低了产生裂纹源的倾向；（2）降低Cr元素含量至8.5%～11.5%，使得平衡状态下拓扑密排相的析出温度降低至912℃以下，同时扩大了奥氏体单相区温度范围，将析出行为由两相区析出改变为奥氏体固相单相区析出，由于固相与固液两相相比，有更强的应力舒缓能力，因此能够降低应力集中开裂的倾向；（3）提高Co元素含量至1%～5%，一方面有助于降低拓扑密排相析出温度，另一方面保证合金中起到强化作用的γ’以及γ’’析出行为与成分优化前相比不受到显著影响，从而确保合金最终经过热处理后保持较高的力学性能。综上所述，本发明通过C、Cr、Co等元素含量的优化，实现大块不规则拓扑密排相由固液两相区快速析出改变为奥氏体固相单相区缓慢析出，强化相γ’与γ’’析出行为并无显著改变，同时借助引入大量碳化物强化作用，确保合金成品经过热处理后力学性能优异。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：采用本发明公开的成分冶炼制备的钢液经过模铸后，铸锭由铸造应力引发的开裂问题得到改善，可直接进行热加工工序，减少了传统工艺中铸锭高温热脱模、去应力退火、缓冷等环节，节约生产成本。与此同时，热加工后的合金经过固溶时效处理后，显微组织与力学性能依然保持优异的水平，晶粒度级别达到8～9级，抗拉强度在1510MPa～1660MPa，屈服强度在1185MPa～1260MPa,延伸率在12%～15%，硬度在47HRC～53HRC。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细地说明。
实施例1
本实施例镍基合金配料成分质量分数见表1。
由上述镍基合金配料成分生产铸锭的方法如下：使用真空感应炉，按照表1中的镍基合金化学成分配比合金料进行熔炼，在铸铁模内浇铸，自然冷却后即得。具体如下：将电解镍、铌铁、海绵钛、钼铁、金属铬、单质钴、硅铁、电解锰、纯铁等原料以表1所示元素质量分数按50公斤装炉量进行配料，并填装至真空感应炉的坩埚中；打开真空感应炉真空泵进行抽真空，真空度控制在5帕斯卡，接着以50千瓦的熔炼功率供电15分钟，再将熔炼功率提高至150千瓦供电直至炉内原料全部熔化，再保持该供电功率15分钟；将碳粉、铝粒、单质硼等合金料以表1所示元素质量分数按50公斤装炉量进行配料，通过真空加料装置投入坩埚中的液态金属中，同时将供电功率提高至220千瓦，熔炼室内填充氩气至压强达到10000帕斯卡，开启电磁搅拌使上述合金料在钢液中熔化并扩散均匀；取样进行成分快速分析，根据实测结果进行合金料补充投放，熔炼5分钟后将供电功率提升至280千瓦，保持该功率不变的条件下以1387℃的出钢温度将钢液浇铸至150mm×150mm×500mm规格铸铁锭模中，浇铸速度控制在8公斤/分钟，浇铸过程确保钢液不与外界空气接触，钢液在铸铁锭模中自然冷却至500℃后，将铸铁模打开取出铸锭空冷至室温。
本实施例生产的铸锭表面无裂纹，将铸锭直接装入500℃的加热炉中缓慢加热至1150℃保温2小时，出炉后将铸锭放置于800吨压机砧板上进行开坯锻造至φ80mm×1300的圆棒，锻造过程坯料无开裂；圆棒经过1095℃保温2小时固溶处理后空冷，接着进行760℃保温16小时空冷、650℃保温24小时空冷的两段式时效处理，得到时效态合金棒料，其性能指标如表2所示。
实施例2
本实施例镍基合金配料成分质量分数见表1。
由上述镍基合金配料成分生产铸锭的方法如下：使用真空感应炉，按照表1中的镍基合金化学成分配比合金料进行熔炼，在铸铁模内浇铸，自然冷却后即得。具体如下：将电解镍、铌铁、海绵钛、钼铁、金属铬、单质钴、硅铁、电解锰、纯铁等原料以表1所示元素质量分数按50公斤装炉量进行配料，并填装至真空感应炉的坩埚中；打开真空感应炉真空泵进行抽真空，真空度控制在3帕斯卡，接着以100千瓦的熔炼功率供电30分钟，再将熔炼功率提高至200千瓦供电直至炉内原料全部熔化，再保持该供电功率30分钟；将碳粉、铝粒、单质硼等合金料以表1所示元素质量分数按50公斤装炉量进行配料，通过真空加料装置投入坩埚中的液态金属中，同时将供电功率提高至250千瓦，熔炼室内填充氩气至压强达到12000帕斯卡，开启电磁搅拌使上述合金料在钢液中熔化并扩散均匀；取样进行成分快速分析，根据实测结果进行合金料补充投放，熔炼10分钟后将供电功率提升至300千瓦，保持该功率不变的条件下以1417℃的出钢温度将钢液浇铸至150mm×150mm×500mm规格铸铁锭模中，浇铸速度控制在10公斤/分钟，浇铸过程确保钢液不与外界空气接触，钢液在铸铁锭模中自然冷却至550℃后，将铸铁模打开取出铸锭空冷至室温。
本实施例生产的铸锭表面无裂纹，将铸锭直接装入500℃的加热炉中缓慢加热至1150℃保温2小时，出炉后将铸锭放置于800吨压机砧板上进行开坯锻造至φ80mm×1300的圆棒，锻造过程坯料无开裂；圆棒经过1095℃保温2小时固溶处理后空冷，接着进行760℃保温16小时空冷、650℃保温24小时空冷的两段式时效处理，得到时效态合金棒料，其性能指标如表2所示。
实施例3
本实施例镍基合金配料成分质量分数见表1。
由上述镍基合金配料成分生产铸锭的方法如下：使用真空感应炉，按照表1中的镍基合金化学成分配比合金料进行熔炼，在铸铁模内浇铸，自然冷却后即得。具体如下：将电解镍、铌铁、海绵钛、钼铁、金属铬、单质钴、硅铁、电解锰、纯铁等原料以表1所示元素质量分数按50公斤装炉量进行配料，并填装至真空感应炉的坩埚中；打开真空感应炉真空泵进行抽真空，真空度控制在5帕斯卡，接着以70千瓦的熔炼功率供电20分钟，再将熔炼功率提高至180千瓦供电直至炉内原料全部熔化，再保持该供电功率20分钟；将碳粉、铝粒、单质硼等合金料以表1所示元素质量分数按50公斤装炉量进行配料，通过真空加料装置投入坩埚中的液态金属中，同时将供电功率提高至240千瓦，熔炼室内填充氩气至压强达到11000帕斯卡，开启电磁搅拌使上述合金料在钢液中熔化并扩散均匀；取样进行成分快速分析，根据实测结果进行合金料补充投放，熔炼8分钟后将供电功率提升至290千瓦，保持该功率不变的条件下以1400℃的出钢温度将钢液浇铸至150mm×150mm×500mm规格铸铁锭模中，浇铸速度控制在9公斤/分钟，浇铸过程确保钢液不与外界空气接触，钢液在铸铁锭模中自然冷却至530℃后，将铸铁模打开取出铸锭空冷至室温。
本实施例生产的铸锭表面无裂纹，将铸锭直接装入500℃的加热炉中缓慢加热至1150℃保温2小时，出炉后将铸锭放置于800吨压机砧板上进行开坯锻造至φ80mm×1300的圆棒，锻造过程坯料无开裂；圆棒经过1095℃保温2小时固溶处理后空冷，接着进行760℃保温16小时空冷、650℃保温24小时空冷的两段式时效处理，得到时效态合金棒料，其性能指标如表2所示。
实施例4
本实施例镍基合金配料成分质量分数见表1。
由上述镍基合金配料成分生产铸锭的方法如下：使用真空感应炉，按照表1中的镍基合金化学成分配比合金料进行熔炼，在铸铁模内浇铸，自然冷却后即得。具体如下：将电解镍、铌铁、海绵钛、钼铁、金属铬、单质钴、硅铁、电解锰、纯铁等原料以表1所示元素质量分数按50公斤装炉量进行配料，并填装至真空感应炉的坩埚中；打开真空感应炉真空泵进行抽真空，真空度控制在3帕斯卡，接着以80千瓦的熔炼功率供电25分钟，再将熔炼功率提高至190千瓦供电直至炉内原料全部熔化，再保持该供电功率25分钟；将碳粉、铝粒、单质硼等合金料以表1所示元素质量分数按50公斤装炉量进行配料，通过真空加料装置投入坩埚中的液态金属中，同时将供电功率提高至230千瓦，熔炼室内填充氩气至压强达到11000帕斯卡，开启电磁搅拌使上述合金料在钢液中熔化并扩散均匀；取样进行成分快速分析，根据实测结果进行合金料补充投放，熔炼5分钟后将供电功率提升至300千瓦，保持该功率不变的条件下以1410℃的出钢温度将钢液浇铸至150mm×150mm×500mm规格铸铁锭模中，浇铸速度控制在8公斤/分钟，浇铸过程确保钢液不与外界空气接触，钢液在铸铁锭模中自然冷却至550℃后，将铸铁模打开取出铸锭空冷至室温。
本实施例生产的铸锭表面无裂纹，将铸锭直接装入500℃的加热炉中缓慢加热至1150℃保温2小时，出炉后将铸锭放置于800吨压机砧板上进行开坯锻造至φ80mm×1300的圆棒，锻造过程坯料无开裂；圆棒经过1095℃保温2小时固溶处理后空冷，接着进行760℃保温16小时空冷、650℃保温24小时空冷的两段式时效处理，得到时效态合金棒料，其性能指标如表2所示。
实施例5
本实施例镍基合金配料成分质量分数见表1。
由上述镍基合金配料成分生产铸锭的方法如下：使用真空感应炉，按照表1中的镍基合金化学成分配比合金料进行熔炼，在铸铁模内浇铸，自然冷却后即得。具体如下：将电解镍、铌铁、海绵钛、钼铁、金属铬、单质钴、硅铁、电解锰、纯铁等原料以表1所示元素质量分数按50公斤装炉量进行配料，并填装至真空感应炉的坩埚中；打开真空感应炉真空泵进行抽真空，真空度控制在3帕斯卡，接着以90千瓦的熔炼功率供电30分钟，再将熔炼功率提高至160千瓦供电直至炉内原料全部熔化，再保持该供电功率25分钟；将碳粉、铝粒、单质硼等合金料以表1所示元素质量分数按50公斤装炉量进行配料，通过真空加料装置投入坩埚中的液态金属中，同时将供电功率提高至220千瓦，熔炼室内填充氩气至压强达到12000帕斯卡，开启电磁搅拌使上述合金料在钢液中熔化并扩散均匀；取样进行成分快速分析，根据实测结果进行合金料补充投放，熔炼9分钟后将供电功率提升至280千瓦，保持该功率不变的条件下以1390℃的出钢温度将钢液浇铸至150mm×150mm×500mm规格铸铁锭模中，浇铸速度控制在9公斤/分钟，浇铸过程确保钢液不与外界空气接触，钢液在铸铁锭模中自然冷却至550℃后，将铸铁模打开取出铸锭空冷至室温。
本实施例生产的铸锭表面无裂纹，将铸锭直接装入500℃的加热炉中缓慢加热至1150℃保温2小时，出炉后将铸锭放置于800吨压机砧板上进行开坯锻造至φ80mm×1300的圆棒，锻造过程坯料无开裂；圆棒经过1095℃保温2小时固溶处理后空冷，接着进行760℃保温16小时空冷、650℃保温24小时空冷的两段式时效处理，得到时效态合金棒料，其性能指标如表2所示。
实施例6
本实施例镍基合金配料成分质量分数见表1。
由上述镍基合金配料成分生产铸锭的方法如下：使用真空感应炉，按照表1中的镍基合金化学成分配比合金料进行熔炼，在铸铁模内浇铸，自然冷却后即得。具体如下：将电解镍、铌铁、海绵钛、钼铁、金属铬、单质钴、硅铁、电解锰、纯铁等原料以表1所示元素质量分数按50公斤装炉量进行配料，并填装至真空感应炉的坩埚中；打开真空感应炉真空泵进行抽真空，真空度控制在2帕斯卡，接着以100千瓦的熔炼功率供电30分钟，再将熔炼功率提高至200千瓦供电直至炉内原料全部熔化，再保持该供电功率30分钟；将碳粉、铝粒、单质硼等合金料以表1所示元素质量分数按50公斤装炉量进行配料，通过真空加料装置投入坩埚中的液态金属中，同时将供电功率提高至240千瓦，熔炼室内填充氩气至压强达到11500帕斯卡，开启电磁搅拌使上述合金料在钢液中熔化并扩散均匀；取样进行成分快速分析，根据实测结果进行合金料补充投放，熔炼10分钟后将供电功率提升至300千瓦，保持该功率不变的条件下以1417℃的出钢温度将钢液浇铸至150mm×150mm×500mm规格铸铁锭模中，浇铸速度控制在10公斤/分钟，浇铸过程确保钢液不与外界空气接触，钢液在铸铁锭模中自然冷却至550℃后，将铸铁模打开取出铸锭空冷至室温。
本实施例生产的铸锭表面无裂纹，将铸锭直接装入500℃的加热炉中缓慢加热至1150℃保温2小时，出炉后将铸锭放置于800吨压机砧板上进行开坯锻造至φ80mm×1300的圆棒，锻造过程坯料无开裂；圆棒经过1095℃保温2小时固溶处理后空冷，接着进行760℃保温16小时空冷、650℃保温24小时空冷的两段式时效处理，得到时效态合金棒料，其性能指标如表2所示。
实施例7
本实施例镍基合金配料成分质量分数见表1。
由上述镍基合金配料成分生产铸锭的方法如下：使用真空感应炉，按照表1中的镍基合金化学成分配比合金料进行熔炼，在铸铁模内浇铸，自然冷却后即得。具体如下：将电解镍、铌铁、海绵钛、钼铁、金属铬、单质钴、硅铁、电解锰、纯铁等原料以表1所示元素质量分数按50公斤装炉量进行配料，并填装至真空感应炉的坩埚中；打开真空感应炉真空泵进行抽真空，真空度控制在3帕斯卡，接着以95千瓦的熔炼功率供电30分钟，再将熔炼功率提高至190千瓦供电直至炉内原料全部熔化，再保持该供电功率30分钟；将碳粉、铝粒、单质硼等合金料以表1所示元素质量分数按50公斤装炉量进行配料，通过真空加料装置投入坩埚中的液态金属中，同时将供电功率提高至220千瓦，熔炼室内填充氩气至压强达到11300帕斯卡，开启电磁搅拌使上述合金料在钢液中熔化并扩散均匀；取样进行成分快速分析，根据实测结果进行合金料补充投放，熔炼9分钟后将供电功率提升至295千瓦，保持该功率不变的条件下以1395℃的出钢温度将钢液浇铸至150mm×150mm×500mm规格铸铁锭模中，浇铸速度控制在10公斤/分钟，浇铸过程确保钢液不与外界空气接触，钢液在铸铁锭模中自然冷却至550℃后，将铸铁模打开取出铸锭空冷至室温。
本实施例生产的铸锭表面无裂纹，将铸锭直接装入500℃的加热炉中缓慢加热至1150℃保温2小时，出炉后将铸锭放置于800吨压机砧板上进行开坯锻造至φ80mm×1300的圆棒，锻造过程坯料无开裂；圆棒经过1095℃保温2小时固溶处理后空冷，接着进行760℃保温16小时空冷、650℃保温24小时空冷的两段式时效处理，得到时效态合金棒料，其性能指标如表2所示。
实施例8
本实施例镍基合金配料成分质量分数见表1。
由上述镍基合金配料成分生产铸锭的方法如下：使用真空感应炉，按照表1中的镍基合金化学成分配比合金料进行熔炼，在铸铁模内浇铸，自然冷却后即得。具体如下：将电解镍、铌铁、海绵钛、钼铁、金属铬、单质钴、硅铁、电解锰、纯铁等原料以表1所示元素质量分数按50公斤装炉量进行配料，并填装至真空感应炉的坩埚中；打开真空感应炉真空泵进行抽真空，真空度控制在4帕斯卡，接着以85千瓦的熔炼功率供电30分钟，再将熔炼功率提高至175千瓦供电直至炉内原料全部熔化，再保持该供电功率30分钟；将碳粉、铝粒、单质硼等合金料以表1所示元素质量分数按50公斤装炉量进行配料，通过真空加料装置投入坩埚中的液态金属中，同时将供电功率提高至235千瓦，熔炼室内填充氩气至压强达到11500帕斯卡，开启电磁搅拌使上述合金料在钢液中熔化并扩散均匀；取样进行成分快速分析，根据实测结果进行合金料补充投放，熔炼9分钟后将供电功率提升至300千瓦，保持该功率不变的条件下以1390℃的出钢温度将钢液浇铸至150mm×150mm×500mm规格铸铁锭模中，浇铸速度控制在10公斤/分钟，浇铸过程确保钢液不与外界空气接触，钢液在铸铁锭模中自然冷却至550℃后，将铸铁模打开取出铸锭空冷至室温。
本实施例生产的铸锭表面无裂纹，将铸锭直接装入500℃的加热炉中缓慢加热至1150℃保温2小时，出炉后将铸锭放置于800吨压机砧板上进行开坯锻造至φ80mm×1300的圆棒，锻造过程坯料无开裂；圆棒经过1095℃保温2小时固溶处理后空冷，接着进行760℃保温16小时空冷、650℃保温24小时空冷的两段式时效处理，得到时效态合金棒料，其性能指标如表2所示。
表1 实施例1～8中镍基合金化学成分组成及质量分数（%）
表1中成分余量为不可避免的杂质。
表2 实施例1～8中镍基合金时效态锻棒性能指标
综合实施例1～8可以看出，采取本发明公开的镍基合金成分冶炼制备的钢液，在铸铁模浇铸后自然冷却直接热加工，并没有发生坯料开裂的现象，免去了铸锭在1000℃以上热脱模并进行去应力退火、缓慢冷却等工艺过程，经过锻造后制备出φ80mm锻棒经过标准的固溶时效处理后，保持了优异的力学性能，晶粒度级别在8～9级，抗拉强度在1510MPa～1660MPa，屈服强度在1185MPa～1260MPa,延伸率在12%～15%，硬度在47～53HRC。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施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：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种低铸造应力高强耐磨镍基合金，其特征在于，其化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.07～0.10%，Si≤0.25%，Mn≤0.25%，Al：1.4～1.8%，Nb：2.1～2.5%，Ti：2.35～2.63%，Mo：8.5～9.5%，Cr：8.5～11.5%，Co：1～5%，Fe：21～24%，B：0.005～0.015%，余量为Ni和不可避免的杂质；所述镍基合金生产方法如下：使用真空感应炉，所述镍基合金化学成分配比合金料进行熔炼，在铸铁模内浇铸，钢液在铸铁锭模中自然冷却至500℃～550℃后，将铸铁模打开取出铸锭空冷至室温，完成浇铸工序，得到相应的低铸造应力高强耐磨镍基合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的低铸造应力高强耐磨镍基合金，其特征在于，所述熔炼工序：
（1）将电解镍、铌铁、海绵钛、钼铁、金属铬、单质钴、硅铁、电解锰、纯铁按权利要求1所述化学元素质量百分比进行配料，并填装至真空感应炉的坩埚中；
（2）打开真空感应炉真空泵进行抽真空，真空度控制在小于6帕斯卡，接着以50千瓦～100千瓦的熔炼功率供电15分钟～30分钟，再将熔炼功率提高至150千瓦～200千瓦供电直至炉内原料全部熔化，保持该供电功率15分钟～30分钟；
（3）将碳粉、铝粒、单质硼按权利要求1所述化学元素质量分数进行配比后，通过真空加料装置投入坩埚中的液态金属中，同时将供电功率提高至220千瓦～250千瓦，熔炼室内填充氩气至压强达到10000帕斯卡～12000帕斯卡，开启电磁搅拌使上述合金料在钢液中熔化并扩散均匀；
（4）取样进行成分快速分析，根据实测结果进行合金料补充投放，熔炼5分钟～10分钟，完成熔炼工序。
3.根据权利要求2所述的低铸造应力高强耐磨镍基合金，其特征在于，浇铸工序中，以280千瓦～300千瓦的熔炼功率供电，确保液态金属保证一定的过热度，保持该熔炼功率不变，将熔炼工序第（4）步所得钢液在真空感应炉中以1387℃～1417℃的出钢温度浇铸至铸铁锭模中，浇铸速度控制在8公斤/分钟～10公斤/分钟，浇铸过程确保钢液不与外界空气接触。
4.根据权利要求1所述的低铸造应力高强耐磨镍基合金，其特征在于，所述镍基合金铸锭表面无裂纹。
5.根据权利要求1所述的低铸造应力高强耐磨镍基合金，其特征在于，所述镍基合金铸锭经热加工及固溶时效处理后晶粒度级别达到8～9级，抗拉强度在1510MPa～1660MPa，屈服强度在1185MPa～1260MPa，延伸率在12%～15%，硬度在47HRC～53HRC。
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