CN115233013A - 一种难变形高温合金gh4141合金铸锭制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种难变形高温合金GH4141合金铸锭制备方法，具体通过原材料的选取及分类，按照GH4141合金的成分要求，称取基体合金料、合金化料、微合金化料装入真空感应炉，通过熔化、精炼和浇注得到真空感应铸锭。其主要特点在于，采用合理的加料顺序、熔化温度及时间、精炼温度及时间、电磁搅拌时间可以最大幅度降低合金中的气体O、N含量，采用合理的加料顺序、预热温度、浇注温度可以得到成分均匀且致密度较好的真空感应铸锭。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金熔炼技术领域，具体涉及一种难变形高温合金GH4141合金铸锭制备方法。
背景技术
GH4141合金是在借鉴美国Rene41合金成分余工艺基础上，经过优化调整合金成分，添加B、Zr等微量元素强化晶界等工作，研制出的一种沉淀硬化型高温合金，品种有饼材、棒材、板材、带材等，合金在870℃以下具有较高的抗拉强度和持久强度，适用于制作850℃以下要求高强度和980℃以下要求抗氧化的航空发动机高温部件，用于制作发动机燃烧室内套、高压涡轮外环支撑环和固定环、高压导向器外环和支撑环和紧固件等部件。
GH4141合金一种Ni-Cr-Co基高温合金，主要合金元素含量Ni(余)、Cr(18％～20％)、Co(10％～12％)、C(≤0.12％)、Mo(9.0％～10.5％)、Ti(3.0％～3.3％)、Al(1.4％～1.6％)、B(0.003％～0.010％)、Fe(≤5.0％)、Si(≤0.5％)、Mn(≤0.1％)、Zr(≤0.07％)、S(≤0.015％)、P(≤0.015％)、O(≤0.0020％)、N(≤0.0040％)、Cu(≤0.5％)等。合金热加工过程中变形较难主要是由于合金中Al、Ti成分区间范围窄(Al:0.2，Ti:0.3)且Mo元素含量高，其均匀性对热加工参数有重要影响。杂质元素O、N对合金的纯净度影响较大，进而影响合金的性能以及冶金质量。合金用原材料中金属铬、海绵钛对合金铸锭的O、N含量影响最大，因此改变原材料的加入顺序及选择合适的合金种类对合金铸锭的杂质元素含量影响较大，本发明通过合理的加料顺序以及合适的感应熔炼工艺能够制备成分均匀且纯净度较高的合金铸锭。
发明内容
本发明的目的在于提供一种难变形高温合金GH4141合金铸锭制备方法，以解决背景技术中提到的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种难变形高温合金GH4141合金铸锭制备方法，具体包括以下步骤；
步骤1、原材料的选取及分类：按照GH4141合金的成分要求，称取基体合金料，然后称取合金化料，最后称取微合金化料；所述基体合金料为碳、Ni板、金属Cr、Co板、Fe块、Mo条；所述合金化料为海绵Ti、Al豆；所述微合金化料为金属Si、金属Mn、海绵Zr、NiB合金；
步骤2、真空感应熔炼，包括：
2.1、将40-60wt％％金属Ni、碳、金属Cr、金属Co、Fe块、Mo条和40-60wt％金属Ni等基体合金料依次装入炉中，抽真空并缓慢升功率直至原材料溶清后，调节功率至熔化温度，熔化过程中施加电磁搅拌；
2.2、降功率至熔体表面结膜后加入合金化料，升功率至溶清后调节功率至精炼温度，精炼过程中施加电磁搅拌；
2.3、降功率至熔体表面结膜并充氩气后加入微合金化料，升功率至溶清，调整金属液的温度至浇注温度；
2.4、将具有一定预热温度的模组吊至锭模室后浇注，得到真空感应铸锭。
优选地，所述步骤2.1中熔化温度为1480～1500℃，熔炼时间60-80min，电磁搅拌时间为10-30min。
优选地，所述步骤2.2中精炼温度为1520～1540℃，精炼时间40-60min，电磁搅拌时间为10-60min。
优选地，所述步骤2.3中浇注温度为1460～1480℃。
优选地，所述步骤2.4中预热温度为300～600℃。
本发明的技术效果和优点：(1)本发明采用合理的加料顺序、熔化温度及时间、精炼温度及时间、电磁搅拌时间可以最大幅度降低合金中的气体O、N含量。
(2)本发明采用合理的加料顺序、预热温度、浇注温度可以得到成分均匀且致密度较好的真空感应铸锭。
附图说明
图1为本发明对应的GH4141合金真空感应铸锭。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，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。
本发明一种难变形高温合金GH4141合金铸锭制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，原材料的选取及分类
按照GH4141合金的成分要求，称取基体合金料(碳、Ni板、金属Cr、Co板、Fe块、Mo条)，然后称取合金化料(海绵Ti、Al豆)，最后称取微合金化料(金属Si、金属Mn、海绵Zr、NiB合金)；
步骤2，真空感应熔炼
2.1将40-60wt％金属Ni、碳、金属Cr、金属Co、Fe块、Mo条和40-60wt％金属Ni等基体合金料依次装入炉中，抽真空并缓慢升功率直至原材料溶清后，调节功率至熔化温度，熔化过程中施加电磁搅拌；
2.2降功率至熔体表面结膜后加入合金化料(海绵Ti和Al豆)，升功率至溶清后调节功率至精炼温度，精炼过程中施加电磁搅拌；
2.3降功率至熔体表面结膜并充氩气后加入微合金化料(金属Si、金属Mn、海绵Zr、NiB合金)，升功率至溶清，调整金属液的温度至浇注温度；
2.4将具有一定预热温度的模组吊至锭模室后浇注得到真空感应铸锭。
实施例1，真空感应熔炼，包括如下步骤：
将40wt％金属Ni、碳、金属Cr、金属Co、Fe块、Mo条和60wt％金属Ni等基体合金料依次装入炉中，抽真空并缓慢升功率到800kW直至金属溶清，调整熔化温度为1480℃，熔化时间为60min，熔化过程中电磁搅拌时间为10min；待降功率至熔体表面结膜后加入合金化料(海绵Ti和Al豆)，升功率至300kW直至金属溶清，调整精炼温度为1520℃，精炼时间为40min，精炼过程中电磁搅拌时间为10min；降功率至熔体表面结膜并充氩气后加入微合金化料(金属Si、金属Mn、海绵Zr、NiB合金)，升功率至300kW直至金属溶清，调整浇注温度为1460℃；将预热至300℃的模组吊至锭模室后浇注得到真空感应铸锭，如图1所示。真空感应铸锭20点主成分均匀性如表1所示；真空感应铸锭头部和尾部的气体元素(O、N)的含量如表2所示。
表1 GH4141合金铸锭表面20点主成分均匀性
| 元素 | C | Cr | Mo | Ti | Al | Co |
| Cpk | 10.12 | 4.05 | 9.02 | 6.03 | 6.46 | 12.97 |
| 评价 | 特优 | 特优 | 特优 | 特优 | 特优 | 特优 |
表2 GH4141合金铸锭头尾气体元素(O、N)的含量
| 元素 | O | N |
| 标准 | ≤0.0020 | ≤0.0040 |
| 头 | 0.0005 | 0.0008 |
| 尾 | 0.0005 | 0.0006 |
实施例2，真空感应熔炼，包括如下步骤：
将60wt％金属Ni、碳、金属Cr、金属Co、Fe块、Mo条和40wt％金属Ni等基体合金料依次装入炉中，抽真空并缓慢升功率到800kW直至金属溶清，调整熔化温度为1500℃，熔化时间为80min，熔化过程中电磁搅拌时间为30min；待降功率至熔体表面结膜后加入合金化料(海绵Ti和Al豆)，升功率至300kW直至金属溶清，调整精炼温度为1540℃，精炼时间为60min，精炼过程中电磁搅拌时间为60min；降功率至熔体表面结膜并充氩气后加入微合金化料(金属Si、金属Mn、海绵Zr、NiB合金)，升功率至300kW直至金属溶清，调整浇注温度为1480℃；将预热至600℃的模组吊至锭模室后浇注得到真空感应铸锭。真空感应铸锭头部和尾部的气体元素(O、N)的含量如表3所示。
表3 GH4141合金铸锭头尾气体元素(O、N)的含量
| 元素 | O | N |
| 标准 | ≤0.0020 | ≤0.0040 |
| 头 | 0.0004 | 0.0007 |
| 尾 | 0.0005 | 0.0008 |
对比例1，真空感应熔炼，包括如下步骤：
将50wt％金属Ni、碳、金属Cr、金属Co和Fe块等基体合金料依次装入炉中，抽真空并缓慢升功率到800kW直至金属溶清，调整熔化温度为1480℃，熔化时间为60min，熔化过程中电磁搅拌时间为10min；待降功率至熔体表面结膜后加入合金化料(海绵Ti和Al豆)，升功率至300kW直至金属溶清；待降功率至熔体表面结膜后加入基体合金料(Mo条和50wt％金属Ni)，升功率至600kW直至金属溶清，调整精炼温度为1520℃，精炼时间为40min，精炼过程中电磁搅拌时间为10min；降功率至熔体表面结膜并充氩气后加入微合金化料(金属Si、金属Mn、海绵Zr、NiB合金)，升功率至300kW直至金属溶清，调整浇注温度为1460℃；将预热至300℃的模组吊至锭模室后浇注得到真空感应铸锭。真空感应铸锭头部和尾部的气体元素(O、N)的含量如表4所示。
表4 GH4141合金铸锭头尾气体元素(O、N)的含量
| 元素 | O | N |
| 标准 | ≤0.0020 | ≤0.0040 |
| 头 | 0.0015 | 0.0008 |
| 尾 | 0.0013 | 0.0008 |
对比例2，真空感应熔炼，包括如下步骤：
将40wt％金属Ni、碳、金属Cr、金属Co、Fe块、Mo条和60wt％金属Ni等基体合金料依次装入炉中，抽真空并缓慢升功率到800kW直至金属溶清，调整熔化温度为1470℃，熔化时间为60min，熔化过程中电磁搅拌时间为5min；待降功率至熔体表面结膜后加入合金化料(海绵Ti和Al豆)，升功率至300kW直至金属溶清，调整精炼温度为1510℃，精炼时间为20min，精炼过程中电磁搅拌时间为5min；降功率至熔体表面结膜并充氩气后加入微合金化料(金属Si、金属Mn、海绵Zr、NiB合金)，升功率至300kW直至金属溶清，调整浇注温度为1460℃；将预热至300℃的模组吊至锭模室后浇注得到真空感应铸锭。真空感应铸锭头部和尾部的气体元素(O、N)的含量如表5所示。
表5 GH4141合金铸锭头尾气体元素(O、N)的含量
| 元素 | O | N |
| 标准 | ≤0.0020 | ≤0.0040 |
| 头 | 0.0005 | 0.0014 |
| 尾 | 0.0007 | 0.0015 |
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种难变形高温合金GH4141合金铸锭制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤；
步骤1、原材料的选取及分类：按照GH4141合金的成分要求，称取基体合金料，然后称取合金化料，最后称取微合金化料；所述基体合金料为碳、Ni板、金属Cr、Co板、Fe块、Mo条；所述合金化料为海绵Ti、Al豆；所述微合金化料为金属Si、金属Mn、海绵Zr、NiB合金；
步骤2、真空感应熔炼，包括：
2.1、将40-60wt％％金属Ni、碳、金属Cr、金属Co、Fe块、Mo条和40-60wt％金属Ni等基体合金料依次装入炉中，抽真空并缓慢升功率直至原材料溶清后，调节功率至熔化温度，熔化过程中施加电磁搅拌；
2.2、降功率至熔体表面结膜后加入合金化料，升功率至溶清后调节功率至精炼温度，精炼过程中施加电磁搅拌；
2.3、降功率至熔体表面结膜并充氩气后加入微合金化料，升功率至溶清，调整金属液的温度至浇注温度；
2.4、将具有一定预热温度的模组吊至锭模室后浇注，得到真空感应铸锭。
2.根据权利要求1所述的一种难变形高温合金GH4141合金铸锭制备方法，其特征在于：所述步骤2.1中熔化温度为1480～1500℃，熔炼时间60-80min，电磁搅拌时间为10-30min。
3.根据权利要求1所述的一种难变形高温合金GH4141合金铸锭制备方法，其特征在于：所述步骤2.2中精炼温度为1520～1540℃，精炼时间40-60min，电磁搅拌时间为10-60min。
4.根据权利要求1所述的一种难变形高温合金GH4141合金铸锭制备方法，其特征在于：所述步骤2.3中浇注温度为1460～1480℃。
5.根据权利要求1所述的一种难变形高温合金GH4141合金铸锭制备方法，其特征在于：所述步骤2.4中预热温度为300～600℃。
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