CN114749673A - 一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对现有工艺未能实现粗粉返回料的有效利用的问题，提供一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法，基于增材制造技术将高温合金粗粉返回料打印成块体材料，并按照重量配比添加与高温合金母合金棒料共同组成制粉用熔炼原料，将该熔炼原料按照现有熔炼、雾化方式制备高温合金粉末。本发明大幅降低了高温合金制件的生产成本和周期，实现了高温合金粗粉返回料资源的循环再生利用。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金技术领域，具体为一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法。
背景技术
高温合金又称超合金，是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力条件下长期工作的高温金属材料，其在航空发动机及燃气轮机中应用广泛，并直接决定了装备的性能水平。高温合金涡轮盘是航空发动机中最重要的核心热端部件之一，其由粉末冶金方式制备而成，生产过程涉及高温合金母合金棒料熔炼、制粉、压实、热加工及热处理等多道工序。在高温合金涡轮盘的制粉阶段，当前世界先进航空发动机生产制造的主流工艺均采用氩气雾化制粉技术，其将高温合金母合金棒料熔化后制成粉末，得到的高温合金粉末粒度分布呈现对数正态分布。为了保证涡轮盘的冶金质量，通常利用筛分技术选取粒径不超过53um的粉末颗粒投入实际生产，这使得筛分后有约40％(重量百分比)的粗粉无法投入使用，形成高温合金粗粉返回料，同时也导致了高温合金生产成本居高不下以及战略资源浪费的局面。随着高温合金需求量的逐年提升，高温合金粗粉返回料的循环再利用成为了降低生产成本、维护战略资源安全和可持续应用的重点研发领域。
为实现高温合金粗粉返回料的再利用，现有技术通常采用将粗粉返回料按重量配比(一般不超过30％)直接混入母合金棒料中进行熔炼、雾化制粉的工艺，或采用将粗粉返回料进行装包套、经等静压压制成型后再按配比混入母合金棒料中进行熔炼、雾化制粉的工艺路线。但由于高温合金粗粉导电传热困难，使得极易在抽真空和熔炼过程中产生粉末飞扬现象，进而造成熔炼阀门和真空系统损伤，同时以上工艺还存在着装套、等静压和包套扒皮过程周期长、经济性差、粉末成型性差等一系列问题，故上述工艺路线均未能实现粗粉返回料的有效利用。
发明内容
发明目的
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法，能够有效解决高温合金粗粉返回料的闲置浪费问题，同时将降低高温合金生产成本和避免战略资源浪费。
技术方案
一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法，
基于增材制造技术将高温合金粗粉返回料打印成块体材料，并按照重量配比添加与高温合金母合金棒料共同组成制粉用熔炼原料，将该熔炼原料按照现有熔炼、雾化方式制备高温合金粉末。
具体包括：
步骤1、原材料准备：选取相同牌号的高温合金粗粉返回料作为原材料，并预装填至增材制造设备送粉器中；
步骤2、增材制造设备准备：安装打印基座，设定高温合金块体的打印形状、尺寸和所用粗粉返回料投料重量；
步骤3、高温合金粗粉返回料块体打印：启动增材制造设备，将高温合金粗粉返回料进行加热、熔化，逐层打印并最终在基座上制成满足设定尺寸要求的高温合金块体；
步骤4、制粉用熔炼原料配料：将相同牌号的高温合金母合金棒料和粗粉返回料打印块体按照设定重量配比进行配料混合；
步骤5、熔炼及雾化制粉：将配制好的熔炼原料投入至雾化制粉炉熔炼室坩埚中，抽真空，随后将熔炼原料进行加热、熔化和雾化制粉。
所述步骤1中高温合金粗粉返回料的制备工艺包含氩气雾化工艺和等离子旋转电极工艺。
所述步骤1中所选用高温合金粗粉返回料的粒径≥53um，增材制造设备送粉器最大可装填粉末重量为30Kg。
所述步骤2中打印基座材料为304不锈钢，其最大可承载重量为30Kg，设备可制备高温合金块体的最大尺寸为100×100×500mm。
所述步骤3中增材制造设备可熔化高温合金粗粉返回料温度范围为1200℃～1500℃。
所述步骤4中所配熔炼原料中高温合金粗粉返回料块体的重量百分比≤30％。
有益效果
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法，针对高温合金粗粉返回料大量闲置、无法有效利用的局面，创新性的基于增材制造技术(3D打印技术)将高温合金粗粉返回料打印成块体材料，并按照重量配比添加与高温合金母合金棒料共同组成制粉用熔炼原料，实现了高温合金粉末的制备。该方法具有快速、低成本的特点，大幅降低高温合金制件的生产成本和生产周期，同时可实现高温合金粗粉返回料资源的再生利用。
2、本发明提供的一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法，所使用的粉末原材料为高温合金粗粉返回料，其成分准确、稳定，制备出来的高温合金粉末成分均匀、品质优良，符合相关产品的应用要求及标准。
附图说明
图1为本发明的高温合金粗粉返回料再利用制粉的流程图；
图2为本发明的高温合金粗粉返回料打印块体的显微组织图；
图3为本发明的高温合金粗粉返回料打印块体在不同测试温度下的抗拉强度图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整的描述，显然，所述的本实施例仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法，基于增材制造技术将高温合金粗粉返回料打印成块体材料，并按照重量配比添加与高温合金母合金棒料共同组成制粉用熔炼原料，将该熔炼原料按照现有熔炼、雾化方式制备高温合金粉末。
如图1所示，本方法具体包括：
步骤1、原材料准备：选取相同牌号的高温合金粗粉返回料作为原材料，并预装填至增材制造设备送粉器中；
其中，高温合金粗粉返回料的制备工艺包含氩气雾化工艺和等离子旋转电极工艺。所选用高温合金粗粉返回料的粒径≥53um，增材制造设备送粉器最大可装填粉末重量为30Kg。
步骤2、增材制造设备准备：安装打印基座，设定高温合金块体的打印形状、尺寸和所用粗粉返回料投料重量；
其中，打印基座材料为304不锈钢，其最大可承载重量为30Kg，设备可制备高温合金块体的最大尺寸为100×100×500mm。
步骤3、高温合金粗粉返回料块体打印：启动增材制造设备，将高温合金粗粉返回料进行加热、熔化，逐层打印并最终在基座上制成满足设定尺寸要求的高温合金块体；
其中，增材制造设备可熔化高温合金粗粉返回料温度范围为1200℃～1500℃。
步骤4、制粉用熔炼原料配料：将相同牌号的高温合金母合金棒料和粗粉返回料打印块体按照设定重量配比进行配料混合；
其中，所配熔炼原料中高温合金粗粉返回料块体的重量百分比≤30％。
步骤5、熔炼及雾化制粉：将配制好的熔炼原料投入至雾化制粉炉熔炼室坩埚中，抽真空，随后将熔炼原料进行加热、熔化和雾化制粉。
实施例1：
称取75Kg的镍基高温合金FGH99粗粉返回料，将选取的粉末返回料置入增材制造设备送粉器中以供使用，安装打印基座，设定高温合金粗粉返回料打印块体的打印尺寸为Φ25×35mm，启动增材制造设备进行多次打印。打印完成后，将高温合金粗粉返回料打印块体切取下来。对高温合金粗粉返回料打印块体进行取样分析和性能测试，其显微组织如图2所示，其抗拉强度如图3所示。
称取合计60Kg的FGH99高温合金粗粉返回料打印块体和合计140Kg的FGH99高温合金母合金棒料，将其混合装入雾化制粉炉熔炼室坩埚中，关闭熔炼室舱门，抽真空，将熔炼原料进行加热、熔化，进行雾化制粉，最终制备出满足使用要求的高温合金粉末。
增材制造技术又称3D打印技术，该技术以逐点或逐层方式，分层制造、层层累积完成零部件的实体制造，具有快速凝固、可满足复杂零件制造的特点。借助增材制造技术，可快速实现粗粉返回料再利用即先制备高温合金块体，随后按照重量配比将其添加到高温合金母合金棒料中同时进行熔炼及雾化制粉。因此在现有技术手段难以对高温合金粗粉返回料实现有效利用的情况下，发明一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法具有重要的实践价值和应用意义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，凡是在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、同等替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法，其特征在于，
基于增材制造技术将高温合金粗粉返回料打印成块体材料，并按照重量配比添加与高温合金母合金棒料共同组成制粉用熔炼原料，将该熔炼原料按照现有熔炼、雾化方式制备高温合金粉末。
2.根据权利要求1所述的一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法，其特征在于，具体包括：
步骤1、原材料准备：选取相同牌号的高温合金粗粉返回料作为原材料，并预装填至增材制造设备送粉器中；
步骤2、增材制造设备准备：安装打印基座，设定高温合金块体的打印形状、尺寸和所用粗粉返回料投料重量；
步骤3、高温合金粗粉返回料块体打印：启动增材制造设备，将高温合金粗粉返回料进行加热、熔化，逐层打印并最终在基座上制成满足设定尺寸要求的高温合金块体；
步骤4、制粉用熔炼原料配料：将相同牌号的高温合金母合金棒料和粗粉返回料打印块体按照设定重量配比进行配料混合；
步骤5、熔炼及雾化制粉：将配制好的熔炼原料投入至雾化制粉炉熔炼室坩埚中，抽真空，随后将熔炼原料进行加热、熔化和雾化制粉。
3.根据权利要求2所述的一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法，其特征在于，所述步骤1中高温合金粗粉返回料的制备工艺包含氩气雾化工艺和等离子旋转电极工艺。
4.根据权利要求2所述的一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法，其特征在于，
所述步骤1中所选用高温合金粗粉返回料的粒径≥53um。
5.根据权利要求2所述的一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法，其特征在于，
所述步骤1中增材制造设备送粉器最大可装填粉末重量为30Kg。
6.根据权利要求2所述的一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法，其特征在于，所述步骤2中打印基座材料为304不锈钢，其最大可承载重量为30Kg，设备可制备高温合金块体的最大尺寸为100×100×500mm。
7.根据权利要求2所述的一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法，其特征在于，所述步骤3中增材制造设备可熔化高温合金粗粉返回料温度范围为1200℃～1500℃。
8.根据权利要求2所述的一种高温合金粗粉返回料再利用制粉的方法，其特征在于，所述步骤4中所配熔炼原料中高温合金粗粉返回料块体的重量百分比≤30％。
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