CN116990107A - 一种钴基高温合金标准样品及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种钴基高温合金标准样品及其制备方法，包括如下步骤：1)根据钴基高温合金标准样品的化学成分要求，准备原料；原料包括碳化物原料和非碳化物原料；碳化物原料的粒度为微米级或纳米级；钴基高温合金标准样品中的C元素主要来源于碳化物原料；2)对非碳化物原料进行高温精炼、低温精炼；3)将低温精炼后的熔体温度调节至高于固相线温度20‑40℃，并充入保护气体至真空度为0.02‑0.08MPa，将碳化物原料加入熔体中，然后进行电磁搅拌；4)对熔体进行浇注处理，得到钴基高温合金；从钴基高温合金中取样，得到钴基高温合金标准样品。本发明主要用于制备一种具有良好的均匀性的钴基高温合金标准样品。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学成分检测用标准样品技术领域，特别是涉及一种钴基高温合金标准样品及其制备方法。
背景技术
高温合金具有优异的高温抗氧化性、抗腐蚀性、组织稳定性以及力学性能，是制造航空航天发动机以及燃气轮机的热端部件的关键材料，具有及其重要的科学及社会意义。合金的性能主要受合金组织的影响，而合金组织主要由成分及制备工艺控制。对于工程化应用的合金产品，其制备工艺通常有明确的标准化规定，因此对合金的组织影响较小。但高温合金添加的元素种类较多，且成分范围通常较宽，在成分线范围内，合金元素尤其是微量元素的浓度变化将对合金的组织和性能产生重大的影响，因此，对合金成分进行精确控制有利于提高合金性能及其稳定性。
钴基高温合金通常具有初熔温度高、高温下组织稳定性好、抗热腐蚀性能优异等特点，是制备长期服役热端部件的关键材料之一。对于以固溶强化、碳化物强化为主的钴基高温合金来说，合金在凝固期间的碳化物析出及长大温度范围较宽，加之合金锭并非顺序凝固，先凝固区域析出的碳化物在浓度梯度的作用下更容易长大，加剧了碳化物的不均匀程度。因此，如何制备成分准确且均匀的该类合金是保证该类合金性能及组织稳定性的关键。
制备高温合金母合金时，通常采用炉前分析判断熔体成分，再进行成分调整，浇注出合金锭后，通过分析合金锭特征部位的化学成分再调整配料点，进行下一炉母合金的制备，从而获得精确、稳定的合金成分，因此，化学成分检测的准确性将直接影响母合金的实际成分。目前，常用的主成分化学分析主要通过X荧光光谱仪或电火花直读光谱仪进行，属于相对定量分析，检验结果的准确性主要取决于所用对比标准样品的成分准确性及均质化程度。尤其对于电火花直读检测来说，其分析区域较小，且激发过的区域不能重复激发，对标准样品的均质化程度要求较高。
为保证标样的成分均匀，可采用锻造的方法或粉末冶金的方法，但由于其加工工艺容易造成其致密度与铸造母合金产生较大差异，导致检测时激发状态不一致，进而影响检测结果准确性。因此，如何通过铸造方法获得成分准确、均质化程度高的标准样品，是保证碳化物强化钴基高温合金实际成分准确的关键问题，具有重要的科学及社会意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种钴基高温合金标准样品及其制备方法，主要目的在于制备一种具有良好均匀性的钴基高温合金标准样品。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
一方面，本发明的实施例提供一种钴基高温合金标准样品的制备方法，其包括如下步骤：
1)根据钴基高温合金标准样品的化学成分要求，准备原料；其中，原料包括碳化物原料和非碳化物原料；其中，所述碳化物原料的粒度为微米级或纳米级；其中，所述钴基高温合金标准样品中的C元素来源于所述碳化物原料；或所述钴基高温合金标准样品中的C元素来源于所述碳化物原料和碳单质；优选的，微米级的碳化物原料的粒度为0.1-100μm；纳米级的碳化物原料的粒度为1-100nm；
2)对所述非碳化物原料进行高温精炼、低温精炼；
3)将所述低温精炼后的熔体温度调节至高于固相线温度20-40℃，并充入保护气体至真空度为0.02-0.08MPa，将所述碳化物原料加入熔体中，然后进行电磁搅拌；
4)对熔体进行浇注处理，得到钴基高温合金；从所述钴基高温合金中取样，得到钴基高温合金标准样品。
优选的，以重量百分数计，所述钴基高温合金的化学成分包括：
C 0.3-0.6wt％；
Cr 24.0-27.0wt％；
Ni 5.0-15.0wt％；
Mo 0-1.0wt％；
Al 0.5-1.5wt％；
Ti 0-0.5wt％；
Ta 0-0.5wt％；
B 0-0.05wt％；
Zr 0-0.5wt％；
W 6.0-9.0wt％；
Nb≤0.5wt％
余量为Co。
优选的，在所述步骤1)中：所述碳化物原料包括WC、TiC、TaC、MoC、NbC中的一种或几种；和/或，根据钴基高温合金标准样品的化学成分要求，按照如下原则准备原料：使合金中的C元素优先以碳化物的形式加入，以减少原料中的碳单质和金属单质含量。
优选的，在所述步骤2)中：高温精炼的温度≥1500℃；和/或低温精炼的温度为1420±30℃；和/或所述高于固相线20-40℃的温度为1380-1430℃。
优选的，在所述步骤2)中：当所述原料质量小于5kg时，则所述高温精炼的时间为2-3min、低温精炼的时间为3-5min；当所述原料质量大于等于5kg、小于10kg时，则所述高温精炼的时间为4-6min、低温精炼的时间为5-8min；当所述原料质量大于等于10kg、小于25kg时，则所述高温精炼的时间为7-10min、低温精炼的时间为13-18min；当所述原料质量大于25kg时，则所述高温精炼的时间为15-20min、低温精炼的时间为25-30min。
优选的，在所述步骤3)中：当所述原料质量小于5kg时，则所述电磁搅拌的时间为0.5-2min；当所述原料质量大于等于5kg、小于10kg时，则所述电磁搅拌的时间为1-2min；当所述原料质量大于等于10kg、小于25kg时，则所述电磁搅拌的时间为2-3min；当所述原料质量大于25kg时，则所述电磁搅拌的时间为5-7min。
优选的，在所述步骤3)中：所述电磁搅拌的功率为8-12kW；和/或通过顶加料或侧加料机构将碳化物原料送入熔体；和/或所述保护气体为氩气。
优选的，在所述步骤3)中，当所述碳化物原料包括多种碳化物时，按照熔点从高到低的顺序，将多种碳化物送入熔体中。优选的，按照TaC、NbC、TiC、WC、MoC的顺序向熔体中加入碳化物；优选的，先向熔体中加入熔点高的TiC和/或TaC，后加入熔点相对较低的WC和/或MoC。
优选的在所述步骤4)中：将所述电磁搅拌后的熔体的温度提高至高于合金固相线30-60℃，进行浇注处理。
优选的，在所述步骤4)中：从所述钴基高温合金的横截面的外侧部分取样，得到钴基高温合金标准样品。
另一方面，本发明实施例提供一种钴基高温合金标准样品，其中，所述钴基高温合金标准品是由上述任一项所述的钴基高温合金标准样品的制备方法制备而成；
优选的，所述钴基高温合金标准样品为用于成分分析的合金标准样品；
优选的，在所述钴基高温合金标准样品中：碳化物呈颗粒状，且碳化物颗粒的直径为0.2-20μm；
优选的，在所述钴基高温合金标准样品的微观结构中，枝晶间区域碳化物共晶的表面积占比低于10％。
与现有技术相比，本发明的钴基高温合金标准样品及其制备方法至少具有下列有益效果：
一方面，本发明实施例提供一种钴基高温合金标准样品的制备方法，主要构思如下：在根据钴基高温合金标准样品的化学成分要求准备原料时，使C元素的来源尽可能为碳化物，减少碳单质和金属单质的使用。然后对非碳化物原料进行高温精炼、低温精炼；通过在低温精炼阶段后，添加微米级的碳化物原料(或纳米级碳化物原料)，作为合金锭凝固组织中碳化物析出核心，促进碳化物均匀分布，改善合金组织均匀性，进而提高钴基高温合金标准样品的成分均匀性，从而制备出一种具有良好均匀性的钴基高温合金标准样品。
另一方面，本发明实施例提供一种钴基高温合金标准样品，在此，该钴基高温合金标准样品是由上述的钴基高温合金标准样品的制备方法制备而成；该钴基高温合金标准样品中的碳化物呈颗粒状，且枝晶间区域碳化物共晶含量少，由此说明合金枝晶间/枝晶干区域的偏析程度有所减少，则合金锭的成分均匀性优异。
综上，本发明实施例的钴基高温合金标准样品及其制备方法，与锻造工艺和粉末冶金工艺相比，减少了工序步骤，降低了制备成本。不仅能够获得成分均匀的钴基高温合金，还能够保证切取的样品致密度与实际生产合金基本一致，提高相对定量分析的准确性。本发明的方法适用于绝大多数固溶强化钴基高温合金的化学分析标准样品以及小型均质化合金的制备，可根据实际需要选择添加的碳化物种类，灵活多变，实用性强。
此外，关于本发明的构思需要说明的是：本发明通过向低温精炼后的低温熔体中添加微米级碳化物粉末(或纳米级碳化物原料)的方式进行成分控制，由于碳化物熔点通常高于合金熔点，并且微米级颗粒(或纳米级颗粒)在熔体中基本呈悬浮状态，受密度影响较小，因此可通过电磁搅拌的方式使碳化物粉末或碳化物短程有序原子团簇在熔体中均匀分布，再通过低温浇注、快速冷却的方式获得碳化物均匀分布的合金组织，从而实现均质化制备。较佳地，本发明的碳化物是按照熔点由高到低的顺序加入，例如是分两步加入的，先加入熔点高的TiC和TaC，不易被熔化去遗传性，后加入熔点相对较低的WC和MoC，避免在熔体中变成游离的Mo和C，为了保证加入碳化物的短程有序性。
现有技术也有提出在制备高温合金时，提出提供C元素的原料包括石墨和/或碳化物的形式添加，但是其与本申请的发明构思不同(本申请与该现有技术完全属于不同的两种原理)，该现有技术并非是纳米级或微米级粉体，且其添加时将装石墨和/或碳化物在Ni箔或特制的镍囊中，在高温精炼之前加入。该现有技术所加入的碳化物会在高温精炼期间失去组织遗传性。
在此，碳化物若在高温精炼之前加入，那么在高温精炼期间碳化物的金属键遭到破坏，分解成游离的C原子和金属原子，C原子可能会与低温熔体中的杂质元素O或S等结合并生成气体挥发出去，直接导致C含量减少，不利于成分及组织控制。而本发明选择在低温精炼之后加入碳化物，避免了碳化物在高温精炼期间溶解，既保留了碳化物的组织遗传性，也可以成为碳化物长大形核异质点，实现均质化效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的实施例1和对比例1制备的钴基高温合金锭的组织图；
图2是本发明的实施例2和对比例2制备的钴基高温合金锭的组织图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本发明实施例提出一种钴基高温合金标准样品及其制备方法，主要构思如下：通过向低温熔体中添加微米级碳化物粉末(或纳米级碳化物原料)的方式进行成分控制，由于碳化物熔点通常高于合金熔点，并且微米级颗粒在熔体中基本呈悬浮状态，受密度影响较小，因此可通过电磁搅拌的方式使碳化物粉末或碳化物短程有序原子团簇在熔体中均匀分布，再通过低温浇注、快速冷却(在现有技术中，低温浇注通常意味着快速冷却)的方式获得碳化物均匀分布的合金组织，从而实现均质化制备。
钴基高温合金中的初生碳化物主要为WC、TiC、TaC、MoC、NbC等，因此可将这类金属元素碳化物作为原材料。通过计算可知，上述碳化物每公斤中金属元素和碳的质量如表1所示。
表1为常见碳化物每公斤中各元素重量
| 金属元素重量，g | 碳元素重量，g | |
| WC | 938.8 | 61.2 |
| TiC | 799.7 | 200.3 |
| TaC | 937.8 | 62.2 |
| MoC | 888.8 | 111.2 |
| NbC | 885.6 | 114.4 |
根据化学成分要求进行碳化物原材料选择及称重，配比原则为尽量满足原料中不添加碳单质或纯金属。碳化物的加入时机应为低温精炼结束后，熔体温度高于固相线温度20-40℃，可避免碳化物加入后在高温精炼期间去遗传性，并且加入碳化物粉末时可充入适量Ar气，减少粉末挥发，有利于成分控制。若需要添加多种碳化物，则可按照TaC、NbC、TiC、WC、MoC的顺序加入，排序原则为碳化物熔点由高到低。合金锭浇注温度应控制在高于固相线30-60℃范围内，有利于合金锭快速凝固，避免宏观偏析。
按照上述方法制备钴基高温合金标准样品，可大幅度提高固溶强化钴基高温合金标准样品的成分均匀性，并且能够保证切取的化学分析标准样品致密度与工程化生产合金基本一致，降低由于激发程度不同引起的结果偏差。
具体地，本发明的钴基高温合金标准样品的制备方法，主要包括如下步骤：
1)根据钴基高温合金标准样品的化学成分要求，准备原料；其中，原料包括碳化物原料和非碳化物原料；其中，所述碳化物原料的粒度为微米级；其中，所述钴基高温合金标准样品中的C元素来源于所述碳化物原料；或所述钴基高温合金标准样品中的C元素来源于所述碳化物原料和碳单质。
在该步骤中，对于碳化物原料的选择，根据所需制备合金的化学成分要求，按照上述表1选择所需添加的碳化物粉末，并根据金属元素及碳元素含量进行称重配比，称好后用镍箔包裹好备用。
2)对所述非碳化物原料进行高温精炼、低温精炼。
在该步骤中，将除碳化物粉末外的其他原材料装入坩埚内，并进行真空感应熔炼，其中包括≥1500℃高温精炼、1400℃附近低温精炼，根据经验，精炼时间与投炉料重量的关系如表2所示。
3)低温精炼结束后，将熔体温度调节至高于合金固相线温度20-40℃，并充入高纯Ar气至真空表显值为0.02-0.08MPa范围内，通过顶加料或侧加料机构将碳化物粉末包裹送入熔体，随后进行电磁搅拌，搅拌功率可约等于高温精炼期间的保温功率，搅拌时间与投炉料重量的关系如表2所示。
需要说明的是：电磁搅拌只是为了让碳化物颗粒在熔体中均匀的物理搅拌方法，功率和搅拌时间不宜过高过长，因此定为高温精炼阶段的保温功率，且搅拌时间远低于精炼时间。
表2为不同投炉料重量对应的精炼及搅拌时间
4)对熔体进行浇注处理，得到钴基高温合金(合金锭、合金棒等合金件)；从所述钴基高温合金中取样，得到钴基高温合金标准样品。在此，钴基高温合金锭基本上已经满足标准样品的要求，取样是为了获得规则形状的实际样品，便于后续使用。
具体地，在该步骤中，搅拌结束后提温至高于合金固相线30-60℃进行浇注，得到均质化合金，需进行标准样品取样时，可在横截面靠近外侧部分进行切取(合金锭芯部容易出现二次缩孔，相对靠外部分冶金质量较好)。
与现有的采用锻造和粉末冶金方法制备钴基高温合金标准样品相比，本发明的方案减少了工序步骤，降低制备成本。本发明的方案不仅能够获得成分均匀的固溶强化钴基高温合金锭，还能够保证切取的样品致密度与实际生产合金基本一致，提高相对定量分析的准确性。本发明的方法适用于绝大多数固溶强化钴基高温合金的化学分析标准样品以及小型均质化合金锭的制备，可根据实际需要选择添加的碳化物种类，灵活多变，实用性强。
下面通过具体实验实施例进一步对本发明说明如下：
实施例1
本实施例制备一种钴基高温合金标准样品(制备合金化学分析标样，合金锭重量4kg)，主要步骤如下：
1)准备原料：根据合金化学成分，准备碳化物原料(主要为TiC、MoC、TaC以及WC)，计算出配料点如表3所示。将Al、Ni-B、Zr用镍箔包裹作为第一组，TiC、TaC作为第二组，WC和MoC粉末作为第三组。
表3化学分析标样配料表
| 原材料 | 含量，％ | 加入量，g | 备注 |
| C | 0.50 | 0 | |
| Cr | 25.50 | 1022.5 | |
| Ni | 10.50 | 420.0 | |
| A1 | 1.00 | 40.0 | |
| Ti(TiC) | 0.15 | 7.5 | |
| W(W+WC) | 7.50 | 316.5 | 275.0gWC，41.5gW |
| Mo(MoC) | 0.25 | 11.2 | |
| Ta(TaC) | 0.30 | 12.8 | |
| Ni-B(19.08％) | 0.015 | 3.1 | |
| Zr | 0.20 | 8.0 | |
| Co | 余量 | 2158.4 |
注，关于表3需说明的是：若合金中所含的W仅均源于WC的话，这样会使得C含量就超标了。
2)按照Cr、Ni、W、Co的顺序将原材料装入坩埚，并进行真空熔炼，熔炼真空度高于10-1Pa，在1500℃的温度下精炼2min，精炼结束后降温至1400℃，然后向熔体中加入Al、Ni-B、Zr(需要说明的是：单质B不易存储保管，以Ni-B的方式加料)，并进行1min的电磁搅拌使熔体充分合金化。再次降温至1400℃，进行3min低温精炼。
3)低温精炼结束后，降温至约1390℃，并充入Ar气至真空表显至为0.04MPa，向熔体中加入TiC和TaC粉末，并提高加热功率至高温精炼功率，电磁搅拌0.5min，随后再次降温至1390℃，加入WC和MoC粉末，再次电磁搅拌0.5min。其中，电磁搅拌功率为8-12kW。
在该步骤中，需要说明的是：分两步加入碳化物是按照碳化物的熔点高低确定的，TiC和TaC的熔点高，不易被熔化去遗传性，WC和MoC熔点相对较低，因此后加，避免在熔体中变成游离的Mo和C，这里的思路是为了保证加入碳化物的短程有序性。
4)将熔体的温度提温至1430℃，进行浇注，获得均质化合金锭。
5)去除合金锭表面氧化皮后，使用线切割沿边缘切取所需形状及尺寸的样块，打磨去除样块表面氧化皮后即可获得所需标准样品。
对比例1
对比例1是采用常规工艺制备相同成分的钴基高温合金标准样品(制备合金化学分析标样，合金锭重量4kg)。其在具体制备时，并非加入碳化物原料，其主要加入的是碳单质。采用通用真空冶炼工艺熔铸，其中，高温精炼温度为1500±50℃、高温精炼时间为5min；低温精炼温度为1400±30℃，低温精炼时间为7min。最后进行浇注，浇注温度为1440℃。
在此，实施例1制备的合金锭组织与对比例1制备的合金锭组织的对比参见图1所示。
如图1的(a)图所示：采用对比例1制备的合金锭中，存在大量碳化物共晶(碳化物共晶含量为12％左右)，参见(a)图中的白色区域所示，合金锭中颗粒状碳化物数量较少。
参见图1中的(b)图所示，采用实施例1制备的合金锭中，可观察到大量颗粒状WC和TaC(主要成分是这两种，因为TaC的熔点高，因此容易被保留，WC是因为W在合金中的占比较高，浓度梯度导致的WC数量较多；另外两种碳化物TiC和MoC不易被观察到)，参见(b)图中白色区域所示，且实施例1碳化物共晶含量(10％左右)明显低于对比例1所制备的合金锭的碳化物共晶含量，枝晶间区域碳化物共晶含量的降低说明合金枝晶间/枝晶干区域的偏析程度有所减少，有助于提高合金锭的成分均匀性。
另外，实施例1制备的钴基高温合金锭的不同部位的化学成分如表4所示。
表4为实施例1制备的钴基高温合金锭不同部位化学成分(质量分数，wt.％)
| Al | Ti | Cr | Mo | W | Zr | Ta | Ni | B | C | Co | |
| 上部 | 1.08 | 0.22 | 25.29 | 0.44 | 7.79 | 0.15 | 0.34 | 10.85 | 0.015 | 0.54 | Bal. |
| 中部 | 1.06 | 0.21 | 25.34 | 0.44 | 7.80 | 0.15 | 0.34 | 10.88 | 0.014 | 0.53 | Bal. |
| 下部 | 1.08 | 0.21 | 25.31 | 0.44 | 7.80 | 0.14 | 0.33 | 10.84 | 0.015 | 0.53 | Bal. |
从表4中可以看出，实施例1制备的钴基高温合金锭的不同部位的成分含量相差较小，由此可见，实施例1制备的钴基高温合金锭的成分均匀性优异。
实施例2
本实施例制备一种钴基高温合金标准样品(制备合金化学分析标样，合金锭重量8kg)，主要步骤如下：
1)准备原料：根据合金的化学成分，准备碳化物原料(主要为TiC、MoC、TaC以及WC)，计算出配料点如表5所示。将Al、Ni-B、Zr用镍箔包裹作为第一组，TiC、TaC作为第二组，WC和MoC粉末作为第三组。
表5为待制备合金化学分析标样配料表
| 原材料 | 含量，％ | 加入量，g | 备注 |
| C | 0.50 | 0 | |
| Cr | 25.50 | 2045.0 | |
| Ni | 10.50 | 840.0 | |
| A1 | 1.00 | 80.0 | |
| Ti(TiC) | 0.15 | 15.0 | |
| W(W+WC) | 7.50 | 633.0 | 550.0gWC，83.0gW |
| Mo(MoC) | 0.25 | 22.4 | |
| Ta(TaC) | 0.30 | 25.6 | |
| Ni-B(19.08％) | 0.015 | 6.2 | |
| Zr | 0.20 | 16.0 | |
| Co | 余量 | 4316.8 |
2)按照Cr、Ni、W、Co的顺序将原材料装入坩埚，并进行真空熔炼，熔炼真空度高于10-1Pa，在1500℃的温度下精炼5min，精炼结束后降温至1400℃，然后向熔体中加入Al、Ni-B、Zr(需要说明的是：Ni-B是一种常见的冶金原料，只是为了加B，单质B不易存储保管)，并进行3min的电磁搅拌使熔体充分合金化。再次降温至1400℃，进行7min低温精炼。
3)低温精炼结束后，降温至约1390℃，并充入Ar气至真空表显至为0.02MPa，向熔体中加入TiC和TaC粉末，并提高加热功率至高温精炼功率，电磁搅拌1min，随后再次降温至1390℃，加入WC和MoC粉末，再次电磁搅拌1min。其中，电磁搅拌功率为8-12kW。
4)将熔体的温度提温至1440℃，进行浇注，获得均质化合金锭。
5)去除合金锭表面氧化皮后，使用线切割沿边缘切取所需形状及尺寸的样块，打磨去除样块表面氧化皮后即可获得所需标准样品。
对比例2
对比例2是采用常规工艺制备钴基高温合金标准样品(制备合金化学分析标样，合金锭重量8kg)。其在具体制备时，并非加入碳化物原料，其主要加入的是碳单质；采用通用真空冶炼工艺熔铸，其中，高温精炼温度为1500±50℃、高温精炼时间为5min；低温精炼温度为1400±30℃，低温精炼时间为7min。最后进行浇注，浇注温度为1440℃。
实施例2制备的合金锭组织与对比例2制备的合金锭组织的对比参见图2所示。
如图2的(a)图所示，对比例2制备的合金锭中，存在大量碳化物共晶(碳化物共晶含量为11％左右)，并且合金锭中颗粒状碳化物数量较少。
如图2的(b)图所示，采用实施例2制备的合金锭中，可观察到大量颗粒状WC和TaC，且碳化物共晶含量少(碳化物共晶含量为9％左右)，而枝晶间区域碳化物共晶含量的降低说明：合金枝晶间/枝晶干区域的偏析程度有所减少，有助于提高合金锭的成分均匀性。
另外，实施例2制备的钴基高温合金锭的不同部位的化学成分如表6所示。
表6合金锭不同部位化学成分(质量分数，wt.％)
| Al | Ti | Cr | Mo | W | Zr | Ta | Ni | B | C | Co | |
| 上 | 1.07 | 0.21 | 25.39 | 0.43 | 7.75 | 0.15 | 0.34 | 10.80 | 0.014 | 0.53 | Bal. |
| 中 | 1.08 | 0.22 | 25.34 | 0.44 | 7.78 | 0.14 | 0.33 | 10.82 | 0.014 | 0.53 | Bal. |
| 下 | 1.08 | 0.21 | 25.35 | 0.44 | 7.77 | 0.14 | 0.33 | 10.79 | 0.014 | 0.53 | Bal. |
从表6可以看出：实施例2制备的钴基高温合金锭的不同部位的成分含量相差较小，由此可见，实施例2制备的钴基高温合金锭的成分均匀性优异。
综上，通过上述实施例和对比例可以看出，采用本发明实施例制备的合金不同部位的成分均匀性较高，合金中存在大量弥散分布的碳化物颗粒，并且合金锭中的大尺寸碳化物共晶较少，具备化学分析标样的使用条件。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种钴基高温合金标准样品的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
1)根据钴基高温合金标准样品的化学成分要求，准备原料；其中，原料包括碳化物原料和非碳化物原料；其中，所述碳化物原料的粒度为微米级或纳米级；其中，所述钴基高温合金标准样品中的C元素来源于所述碳化物原料；或所述钴基高温合金标准样品中的C元素来源于所述碳化物原料和碳单质；优选的，微米级的碳化物原料的粒度为0.1-100μm；纳米级的碳化物原料的粒度为1-100nm；
2)对所述非碳化物原料进行高温精炼、低温精炼；
3)将所述低温精炼后的熔体温度调节至高于固相线温度20-40℃，并充入保护气体至真空度为0.02-0.08MPa，将所述碳化物原料加入熔体中，然后进行电磁搅拌；
4)对熔体进行浇注处理，得到钴基高温合金；从所述钴基高温合金中取样，得到钴基高温合金标准样品；
优选的，以重量百分数计，所述钴基高温合金的化学成分包括：
C 0.3-0.6wt％；
Cr 24.0-27.0wt％；
Ni 5.0-15.0wt％；
Mo 0-1.0wt％；
Al 0.5-1.5wt％；
Ti 0-0.5wt％；
Ta 0-0.5wt％；
B 0-0.05wt％；
Zr 0-0.5wt％；
W 6.0-9.0wt％；
Nb≤0.5wt％；
余量为Co。
2.根据权利要求1所述的钴基高温合金标准样品的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中：
所述碳化物原料包括WC、TiC、TaC、MoC、NbC中的一种或几种；和/或
根据钴基高温合金标准样品的化学成分要求，按照如下原则准备原料：使合金中的C元素优先以碳化物的形式加入，以减少原料中的碳单质和金属单质含量。
3.根据权利要求1或2所述的钴基高温合金标准样品的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中：
高温精炼的温度≥1500℃；和/或
低温精炼的温度为1420±30℃；和/或
所述高于固相线20-40℃的温度为1380-1430℃。
4.根据权利要求1-3任一项所述的钴基高温合金标准样品的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中：
当所述原料质量小于5kg时，则所述高温精炼的时间为2-3min、低温精炼的时间为3-5min；
当所述原料质量大于等于5kg、小于10kg时，则所述高温精炼的时间为4-6min、低温精炼的时间为5-8min；
当所述原料质量大于等于10kg、小于25kg时，则所述高温精炼的时间为7-10min、低温精炼的时间为13-18min；
当所述原料质量大于25kg时，则所述高温精炼的时间为15-20min、低温精炼的时间为25-30min。
5.根据权利要求1-4任一项所述的钴基高温合金标准样品的制备方法，其特征在于，在所述步骤3)中：
当所述原料质量小于5kg时，则所述电磁搅拌的时间为0.5-2.0min；
当所述原料质量大于等于5kg、小于10kg时，则所述电磁搅拌的时间为1-2min；
当所述原料质量大于等于10kg、小于25kg时，则所述电磁搅拌的时间为2-3min；
当所述原料质量大于25kg时，则所述电磁搅拌的时间为5-7min。
6.根据权利要求1-5任一项所述的钴基高温合金标准样品的制备方法，其特征在于，在所述步骤3)中：
所述电磁搅拌的功率为8-12kW；
通过顶加料或侧加料机构将碳化物原料送入熔体；和/或
所述保护气体为氩气。
7.根据权利要求1-6任一项所述的钴基高温合金标准样品的制备方法，其特征在于，在所述步骤3)中，当所述碳化物原料包括多种碳化物时，按照熔点从高到低的顺序，将多种碳化物送入熔体中；
优选的，按照TaC、NbC、TiC、WC、MoC的顺序向熔体中加入碳化物；
优选的，先向熔体中加入TiC和/或TaC，后加入WC和/或MoC。
8.根据权利要求1所述的钴基高温合金标准样品的制备方法，其特征在于，在所述步骤4)中：
将所述电磁搅拌后的熔体的温度提高至高于合金固相线30-60℃，进行浇注处理。
9.根据权利要求1所述的钴基高温合金标准样品的制备方法，其特征在于，在所述步骤4)中：
从所述钴基高温合金的横截面的外侧部分取样，得到钴基高温合金标准样品。
10.一种钴基高温合金标准样品，其特征在于，所述钴基高温合金标准品是由权利要求1-9任一项所述的钴基高温合金标准样品的制备方法制备而成；
优选的，所述钴基高温合金标准样品为用于合金成分分析的标准样品；
优选的，在所述钴基高温合金标准样品中：碳化物呈颗粒状，且碳化物颗粒的直径为0.2-20μm；
优选的，在所述钴基高温合金标准样品的微观结构中，枝晶间区域碳化物共晶的表面积占比低于10％。
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