CN1786228A - 含铪镍基铸造高温合金k488返回料合金真空熔炼工艺 - Google Patents

含铪镍基铸造高温合金k488返回料合金真空熔炼工艺 Download PDF

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CN1786228A CN 200510130817 CN200510130817A CN1786228A CN 1786228 A CN1786228 A CN 1786228A CN 200510130817 CN200510130817 CN 200510130817 CN 200510130817 A CN200510130817 A CN 200510130817A CN 1786228 A CN1786228 A CN 1786228A
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Abstract

本发明涉及含铪镍基铸造高温合金K488返回料合金真空熔炼工艺，首先熔炼返回料，在熔化、精炼、冷冻处理后，进行浇注，浇注时用氧化铝陶瓷过滤网对合金液进行一次过滤，然后对合金成分进行调整；按50％返回料、50％新料配料，经熔化、精炼、冷冻后，进行第一次合金化处理，加入补加料C，加入Cr－B中间合金、Al、Ti、Zr；再经冷冻后进行第二次合金化处理，加入Ce、Y、Hf，进行浇注，用氧化铝陶瓷过滤网对合金液进行一次过滤，得到产品。采用加入稀土元素的方法提纯返回料合金，经过多次返回熔炼，合金性能、化学成分及杂质含量均能达到技术条件Q/3B 1376－2005的要求。其中N含量远低于100ppm。

Description

含铪镍基铸造高温合金K488返回料合金真空熔炼工艺
技术领域
本发明属于合金熔炼技术领域，涉及用于制造重型燃气轮机900℃以下使用的涡轮工作叶片材料的熔炼工艺，具体涉及含铪镍基铸造高温合金K488返回料合金真空熔炼工艺。
背景技术
K488合金主要用于燃气轮机涡轮工作叶片的制造，随着母合金的生产和零件的制造，必然产生大量的合金废料，合金利用率仅为20％左右。同时，K488合金中含有10.0～11.5％的Co，而我国又是Co资源缺乏的国家，这些合金废料能否回收利用，是一个极大的经济问题；尤其是该合金中含有0.2～0.4％的Hf，Hf是一种强活性金属元素，极易氧化生成HfO2，而HfO2比重又较大(9.68g/cm3)，若不能有效去除，其悬浮在合金液中将对合金的力学性能产生很大的影响。同时，含铪(Hf)的镍基铸造高温合金能否直接回收利用，过去一直是业内人士关注的焦点。为有效降低燃气轮机制造及其它使用该合金燃气轮机批产的成本，进行(50％)K488合金返回料的研究尤为重要。
国外返回料利用研究概况
现在世界上许多国家都在开展高温合金返回料的应用研究，并已经取得了一些进展。其研究动机大致可归纳为：①原料价格高且不稳定②对战略元素充分利用③降低能耗④减轻对废品的管理工作，保护环境⑤处理返回料以获得经济效益⑥与国外高温合金厂家进行竞争，降低进口，增加出口⑦节省资源。可见，对返回料的研究是一项迫切和实用的任务。
基于巨大经济利益的考虑，国外一些发达国家对于铸造高温合金返回料的利用一直给予很大的关注，从返回料收集、管理到处理已发展成一种专门行业，并且研发出熔炼与化学分析相结合的先进专用设备。
英国五个厂家铸造高温合金返回料的应用情况见表1，现在返回料的搭配使用主要有以下几个比例(返回料/新料)50％/50％，60％/40％，75％/25％。
法国透博梅卡公司在哈赫那-1c-1高温涡轮叶片中返回料利用率为50％。欧美一些公司还专门开展了商业性的高温合金废料回收业务。
                                                 表1  英国五家工厂新料与返回料应用情况
  合金牌号             新料比例(％)              返回料比例(％)             50％/50％
  A   B   C   D   E   A   B   C   D   E   A   B   C   D   E
  IN100   100   60   100   35   100   40   65
  In7131LC   30   20   40   20   70   80   60   80
  MAR-M002   80   90   100   20   10   100
  MAR-M246   100   100
  IN939   80   100   20
  1N718C   80   100   50   100   20
  IN738LC   100   35
  IN792(MA)   50   10   100   50
  C1023   25   100   40   40   20   75   60   80
  C242   40   60   100
  C263   40   43   60   18   39
  X-40   100   6   100   94
表中：A、B、C、D、E为五家工厂的代号。
俄罗斯对铸造合金返回料的利用也进行了大量深入的研究工作，发展了一整套铸造回炉料的真空熔铸工艺，用这种工艺可以保证回炉料利用过程中进行成分校正和精确的冶金平衡。此工艺考虑了完全使用各种铸造回炉料。用发动机厂回炉料重熔工艺熔炼的ЧC88У-BИ合金，含80％铸造回炉料与不含回炉料的900℃、274MPa持久强度相同。在Tу14-1-4828技术条件中，明确规定允许直接使用≯80％的ЧC88У-BИ合金铸造回炉料重熔浇注零件。
我国对高温合金k488返回料的研究较少，返回料的回收和利用是一个急待解决的问题。
发明内容
针对含铪镍基铸造高温合金K488返回料利用的现状，本发明提供一种含铪镍基铸造高温合金K488返回料合金真空熔炼工艺。
本发明的返回料的选用包括：
(1)K488母合金的废旧料；
(2)K488废旧零件铸件和性能试棒的浇注系统、浇注母合金时的横浇道。
对所有返回料均进行吹砂处理，将表面的粘铁、夹杂、夹砂等清理干净。
熔炼设备选用真空感应电炉。
返回料的熔炼。
含铪(Hf)镍基铸造高温合金K488返回料真空熔炼工艺，包括熔化、精炼、合金的冷冻处理、浇注、合金成分调整工艺步骤。
(1)熔化
熔化阶段开始从小功率送电，缓慢加热，以去除炉料的吸附气体，而后逐渐升高功率分段提温，以保证熔化期有较高的真空度，有利于气体和有害杂质的充分排除。应严格按工艺电力曲线进行，在熔化期发现架桥应及时进行捣料，若喷溅严重应小功率熔化或暂时停电处理。
熔化期若真空度满足要求时可按工艺曲线中虚线送高功率。整个熔化期真空度应≤10.66Pa。熔化至合金化清，开始精炼。
(2)精炼
合金化清测温合格后就进入了精炼期，即温度达到1580±10℃时开始精炼。
精炼的真空度必须保持在≤1.33Pa，如真空度达不到要求，应进行保温处理，待真空度达到要求时，再按工艺电力曲线规定进行精炼。精炼末期应缓慢倾动坩埚2～3次。精炼温度一般控制在1580±10℃左右，精炼时间为5～6min，主要靠工艺电力曲线保证，可不进行测温，精炼期结束，对钢水液面进行破膜处理，出现镜面。
(3)合金的冷冻处理
精炼保温期结束，应停电降温进行冷冻处理，以便进一步去除合金中的气体和控制合金化期的初始温度。冷冻结束的标志是金属液面中心部分的残存氧化膜静止不动。
(4)浇注
冷冻处理后进行浇注。浇注前应缓慢倾动坩埚2～3次。金属液面温度达到1450±10℃左右时，可带电(功率控制在65～80kw、浇注速度即时间控制在45～60s之间)浇注，目的在于不破坏金属液表面的氧化膜。一般浇注温度可不进行测量，原则上要既保证不烫坏金属模，又保证过滤要求和浇注成型，应尽量控制低温为好。
浇注时，必须用陶瓷片支撑的氧化铝陶瓷过滤网对合金液进行一次过滤。陶瓷片和过滤网均需经450～500℃、2～4h的烘烤后方可使用，使用前应将与合金液接触部分的毛刺及浮砂用砂纸或其它工具清理并用压缩空气吹净。在过滤的同时进行浇注，使合金液通过过滤网后浇注进金属模内。
浇注后，将合金在炉内自然冷却4～5min，即可破真空取出锭模，清理好坩埚进行下炉熔炼。
(5)合金成分调整
返回料合成棒料之后，取样进行化学分析，对返回料中化学成分分析不合格项，按表2中“返回料配料成份”进行调整，主元素Cr、Co、W、Mo、Nb、Ni不做调整，B、Zr、C、Hf、Y、Ce、Al、Ti为易烧损元素，均按技术条件Q/3B 1376-2005要求的上限进行调整。
表2给出了本发明最终合金产品的化学组成以及返回料的化学成分要求，其中，返回料成分除已给出数据的外，余量成分主要为Cr、Co、Ni；返回料合金(产品)余量成分主要为Ni。
                             表2  合金配料成份表                 (重量％)
本发明的返回料合金(即最终产品)熔炼工艺电力曲线见图2。熔炼工艺包括熔化、精炼、合金的二次冷冻处理、合金化、浇注。
配料方案如下：
以技术条件Q/3B 1376-2005的要求，不允许返回料与新料元素熔炼成合金直接浇注铸件。按50％旧料+50％新料(母合金)配料，即按重量比计，返回料和新料分别占50％。返回料即上述的熔炼好的返回料。
(1)熔化
将原料即50％返回料+50％新料加入坩埚中送电熔化，熔化阶段开始从小功率送电，缓慢加热，以去除炉料的吸附气体，而后逐渐升高功率分段提温，以保证熔化期有较高的真空度，有利于气体和有害杂质的充分排除。应严格按工艺电力曲线进行，在熔化期发现架桥应及时进行捣料，若喷溅严重应小功率熔化或暂时停电处理。熔化至合金化清，开始精炼。
熔化期若真空度满足要求时可按工艺曲线中虚线送高功率电。整个熔化期真空度应≤10.66Pa。
(2)精炼
合金化清测温合格后就进入了精炼期，即温度达到1580±10℃时开始精炼。精炼的真空度必须保持在≤1.33Pa，如真空度达不到要求，应进行保温处理，待真空度达到要求时，再按工艺电力曲线规定进行精炼。精炼末期应缓慢倾动坩埚2～3次。精炼温度一般控制在1580±10℃左右，精炼时间为8～10min，主要靠工艺电力曲线保证，可不进行测温，精炼期结束，对钢水液面进行破膜处理，出现镜面。
(3)第一次冷冻处理
精炼保温期结束，应停电降温进行冷冻处理，以便进一步去除合金中的气体和控制合金化期的初始温度。冷冻至金属液面中心部分的残存氧化膜静止不动。
(4)第一次合金化
将调整成分的补加料C、B(以Cr-B中间合金的方式加入)、Ce、Y(以Al-Y中间合金的方式加入)、Al、Ti、Zr、Hf装在加料斗中。
合金化期的真空度应控制在≤0.67Pa，通电，大功率冲开膜后，缓慢加合金元素。首先加入补加料C，待C全熔后，依次加入Cr-B中间合金、Al、Ti、Zr。合金化操作时加料速度应控制均匀，加Al耗时为4～7min。严禁一次加入量过多而引起熔池金属液局部温度过高产生喷溅和熔损。加Cr-B中间合金、Zr后，应控制搅拌功率，注意成分均匀性，并倾动坩埚2～3次。加完Al、Ti后送电进行搅拌，并倾动坩埚2～3次，以保证Al、Ti成分的均匀性。搅拌后停电镇静6～8min，以降低合金液温度(见返回料合金熔炼工艺电力曲线图2)，进入第二次冷冻处理，并使熔渣上浮。
(5)第二次冷冻处理
第一次合金化结束，应停电降温进行冷冻处理，以便进一步去除合金中的气体和控制合金化期的初始温度。冷冻至金属液面中心部分的残存氧化膜静止不动为止。
(6)第二次合金化处理
第二次冷冻结束后进行第二次合金化处理，通电，测温，待温度达到1550±10℃时加入Ce、Y、Hf。加料(Ce、Y、Hf分别用铝箔包好，先加入Ce、Y，均匀后最后再加入Hf)应控制均匀。
(7)浇注
冷冻处理后进行浇注。浇注前应缓慢倾动坩埚2～3次。金属液面温度达到1450±10℃左右时，可带电浇注，浇注前要进行一次测温，原则上要既保证不烫坏金属模，又保证过滤要求和浇注成型，应尽量控制低温为好。
浇注时，必须用陶瓷片支撑的氧化铝陶瓷过滤网对合金液进行一次过滤。陶瓷片和过滤网均需经450～500℃、2～4h的烘烤后方可使用，使用前应将与合金液接触部分的毛刺及浮砂用砂纸或其它工具清理并用压缩空气吹净。在过滤的同时进行浇注，使合金液通过过滤网后浇注进金属模内。
浇注后，将合金在炉内自然冷却4～5min，即可破真空取出锭模，清理好坩埚进行下炉熔炼。
产品经化学分析、性能符合技术标准、扒皮后即能投入使用。
多次返回是指将用新料母合金浇注的废叶片、浇、冒口系统、料头等经过吹砂清理后重熔成返回料锭，经化学成分分析后，返回料锭重熔与新料母合金混合，经调整成分、除气、精炼后浇注成返回料母合金锭(成品)，再把返回母合金锭完全扒皮成金属光泽后，浇注叶片和试棒。对浇成的试棒进行全面分析，包括测试各种力学性能，分析主要成分和气体含量的变化，以此作为一次返回合金的各项标准数据。然后将一次返回料母合金(成品)浇注的废叶片、浇、冒口、料头等吹砂清理后，再次熔炼成返回料锭，化验化学成分后，将一次返回料重熔与新料母合金混合，经调整成分、除气，炼制成二次返回合金锭(成品)。再测试二次返回合金的组织及性能，如此反复，直到多次返回。
K488合金化学成分(Q/3B1376-2005)见表3。
                                            表3  K488合金化学成分                                                  (重量％)
  合金元素   C   Cr   Co   W   Mo   Al   Ti   Nb   Ni
成分范围   0.04～0.09   15.4～16.3   10.0～11.5   4.7～5.9   1.6～2.3   2.8～3.3   4.2～5.0   0.10～0.30 基
  合金元素   Hf   Y   B   Ce   Zr   S   P   Si   N
成分范围   0.2～0.4 0.03   0.06～0.10 0.015 0.05   ≤0.008   ≤0.008   ≤0.3   ≤0.01
合金元素   Mn   Ag   Cu   Pb   Sn   As   Bi   Sb
                                                  不大于
  成分范围   0.3   0.0005   0.1   0.001   0.002   0.0005   0.00005   0.0005
本发明的产品以及工艺的优点如下：
K488合金的高温力学性能见表4
                                  表4  K488合金高温力学性能(Q/3B1376-2005)
                 高温瞬时性能            高温持久性能
  试验温度℃   σbMPa   δ5％   ψ％   温度℃   σMPa   τh
  900   637   8.0   16.0   900   274   ≥100
K488合金(50％返回)随着返回次数(5次)的增加，O、N含量总的趋势呈增加的态势，但依然在较低的范围内波动：O≤17ppm，N≤25ppm；经过五次返回化学成分及杂质含量均能达到技术条件Q/3B 1376-2005的要求。其中N含量远低于0.01％(100ppm)。经过五次返回合金的化学成分均能达到技术条件Q/3B 1376-2005的要求，合金的室温抗拉强度最低下降15.2％，屈服强度最低下降8％。随着返回次数的增加，塑性呈下降趋势，但下降幅度不大，依然维持较高水平。
K488合金经1～5次返回后，合金的蠕变曲线和新料合金一样都具有蠕变三阶段，而且返回次数合金的蠕变性能并没有因为返回次数的增加而降低，其中2返和3返合金的蠕变性能甚至还明显增加，此外2返到5返合金的蠕变性能均优于新料和1返合金，这是由于新料和1返合金没有添加稀土Y、Ce和采取过滤净化工艺的原因。可见返回料合金只要采取合理的冶炼工艺和滤净化工艺，能有效地降低合金中N、O及其它杂质的含量，并使合金返回到5次仍可和新料一样使用。
采用一次返回料合金浇注R0110重型然机I级涡轮空心工作叶片，浇注实验结果表明，一次返回合金具有良好的流动性、充型性。
附图说明
图1为K488合金返回料熔炼工艺电力曲线。
图2为K488返回合金熔炼工艺电力曲线。
图3为O、N含量随返回次数(5次)的变化趋势曲线。
图4为不同返回次数对K488合金室温拉伸性能的影响曲线。
图5为不同返回次数对K488合金900℃瞬时拉伸性能的影响曲线。
图6为不同返回次数返回合金持久性能的变化曲线。
图7为不同返回次数的返回合金在900℃、274MPa条件下的蠕变曲线。
图8为R0110重型燃机I级涡轮工作叶片铸件毛坯实物型貌照片。
具体实施方式
实施例1
返回料的选用包括：
(1)K488母合金的废旧料；
(2)K488废旧零件铸件和性能试棒的浇注系统、浇注母合金时的横浇道。
对所有返回料均进行吹砂处理，将表面的粘铁、夹杂、夹砂等清理干净。
熔炼设备选用25kg、ZG200型真空感应电炉。
首先熔炼返回料。
含铪(Hf)镍基铸造高温合金K488返回料真空熔炼工艺，包括熔化、精炼、合金的冷冻处理、浇注、合金成分调整工艺步骤。
K488合金返回料熔炼工艺电力曲线见图1。
(1)熔化
真空度达到≤1.33Pa时即可送电熔化，除冷炉开始从80±10kW送电外，热炉一律从100±10kW开始送电。采用分段通电加热方式，在通电功率为80±10kW阶段通电10分钟，100±10kW通电15分钟，120±10kW通电10分钟，然后将通电功率升高至150kW，至合金化清，开始精炼。
在熔化期发现架桥应及时进行捣料，若喷溅严重应小功率熔化或暂时停电处理。
熔化期若真空度满足要求时可按工艺曲线中虚线送高功率。整个熔化期真空度应≤10.66Pa。
(2)精炼
合金化清测温合格后就进入了精炼期，即温度达到1580±10℃时开始精炼。
精炼的真空度必须保持在≤1.33Pa，如真空度达不到要求，应送70±10kW功率进行30分钟的保温处理，待真空度达到要求时，再按工艺电力曲线规定进行精炼。精炼末期应缓慢倾动坩埚2～3次。精炼温度一般控制在1580±10℃左右，精炼时间为5～6min，精炼期结束，对钢水液面进行破膜处理，出现镜面。
(3)合金的冷冻处理
精炼保温期结束，应停电降温进行冷冻处理，冷冻处理时间为30分钟，冷冻结束的标志是金属液面中心部分的残存氧化膜静止不动。
(4)浇注
冷冻处理后进行浇注。浇注前应缓慢倾动坩埚2～3次。金属液面温度达到1450±10℃左右时，带电(功率控制在65～80kw、浇注速度即时间控制在45～60s之间)浇注。
浇注时，必须用陶瓷片支撑的氧化铝陶瓷过滤网对合金液进行一次过滤。陶瓷片和过滤网均需经450～500℃、2～4h的烘烤后方可使用，使用前应将与合金液接触部分的毛刺及浮砂用砂纸或其它工具清理并用压缩空气吹净。在过滤的同时进行浇注，使合金液通过过滤网后浇注进金属模内。
浇注后，将合金在炉内自然冷却4～5min，即可破真空取出锭模，清理好坩埚进行下炉熔炼。
(5)合金成分调整
返回料合成棒料之后，取样进行化学分析，对返回料中化学成分分析不合格项，按表2中“返回料配料成分”进行调整，主元素Cr、Co、W、Mo、Nb、Ni不做调整，B、Zr、C、Hf、Y、Ce、Al、Ti为易烧损元素，均按技术条件Q/3B 1376-2005要求的上限进行调整。
表2给出了本发明最终合金产品的化学组成以及返回料的化学成分要求，其中，返回料成分除已给出数据的外，余量成分主要为Cr、Co、Ni；返回料合金(产品)余量成分主要为Ni。
                     表2  合金配料成份表                         (重量％)
本发明的返回料合金(即最终产品)熔炼工艺电力曲线见图2。熔炼工艺包括熔化、精炼、合金的二次冷冻处理、合金化、浇注。
接下来熔炼返回料合金产品。
配料方案如下：
按50％旧料+50％新料(母合金)配料，即按重量比计，返回料和新料分别占50％。返回料即上述的熔炼好的返回料。
(1)熔化
将原料即50％返回料+50％新料加入坩埚中，真空度达到≤1.33Pa时即可送电熔化，除冷炉开始从80±10kW送电外，热炉一律从100±10kW开始送电。采用分段通电加热方式，在通电功率为80±10kW阶段通电10分钟，100±10kW通电15分钟，120kW通电10分钟，然后将通电功率升高至150kW，至合金化清，开始精炼。
在熔化期发现架桥应及时进行捣料，若喷溅严重应小功率熔化或暂时停电处理。
熔化期若真空度满足要求时可按工艺曲线中虚线送高功率(130±10kW)电。整个熔化期真空度应≤10.66Pa。
(2)精炼
合金化清测温合格后就进入了精炼期，即温度达到1580±10℃时开始精炼。精炼的真空度必须保持在≤1.33Pa，如真空度达不到要求，应送80±10kW功率进行30分钟的保温处理，待真空度达到要求时，再按工艺电力曲线规定进行精炼。精炼末期应缓慢倾动坩埚2～3次。精炼温度一般控制在1580±10℃左右，精炼时间为8～10min，精炼期结束，对钢水液面进行破膜处理，出现镜面。
(3)第一次冷冻处理
精炼保温期结束，应停电降温进行冷冻处理，冷冻处理时间为30分钟，至金属液面中心部分的残存氧化膜静止不动。
(4)第一次合金化
将调整成分的补加料C、B(以Cr-B中间合金的方式加入)、Ce、Y(以Al-Y中间合金的方式加入)、Al、Ti、Zr、Hf装在加料斗中。
合金化期的真空度应控制在≤0.67Pa，通电130±10kw，通电时间2～4分钟，大功率冲开膜后，缓慢加合金元素。首先加入补加料C，待C全熔后，依次加入Cr-B中间合金、Al、Ti、Zr。合金化期如真空度达不到要求，通80±10kW电4～6分钟后，再重新通130±10kW电，添加合金元素。合金化操作时加料速度应控制均匀，加Al耗时为4～7min。严禁一次加入量过多而引起熔池金属液局部温度过高产生喷溅和熔损。加Cr-B中间合金、Zr后，应控制搅拌功率(功率为130±10kW)，注意成分均匀性，并倾动坩埚2～3次。加完Al、Ti后送130±10kW功率进行搅拌，并倾动坩埚2～3次，以保证Al、Ti成分的均匀性。搅拌后停电镇静6～8min，以降低合金液温度(见返回料合金熔炼工艺电力曲线图2)，进入第二次冷冻处理，并使熔渣上浮。
(5)第二次冷冻处理
第一次合金化结束，应停电降温进行冷冻处理，冷冻处理时间为30分钟，至金属液面中心部分的残存氧化膜静止不动为止。
(6)第二次合金化处理
第二次冷冻结束后进行第二次合金化处理，通130±10kW电2～4分钟后，测温，待温度达到1550±10℃时加入Ce、Y、Hf。加料(Ce、Y、Hf分别用铝箔包好，先加入Ce、Y，均匀后最后再加入Hf)应控制均匀。合金化期如真空度达不到要求(≤0.67Pa)，通80±10kW电1～2分钟，待真空度达到要求后，再重新通130±10kW电，添加合金元素。
第一次、第二次合金化过程要控制1550±10℃的恒温。
两次合金化处理按照表2给出的返回料合金产品的成分范围进行成分调整，本实施例具体按以下配比(重量百分比)：
C0.06、Cr15.80、Co10.50、W5.30、Mo1.90、Al3.00、Ti4.60、Nb0.20、Hf0.30、B0.08、Y0.03、Ce0.015、Zr0.05、余量主要为Ni。
(7)浇注
冷冻处理后进行浇注。浇注前应缓慢倾动坩埚2～3次。金属液面温度达到1450±10℃左右时，带电(功率控制在65～80kw、浇注速度即时间控制在45～60s之间)浇注。
浇注时，必须用陶瓷片支撑的氧化铝陶瓷过滤网对合金液进行一次过滤。陶瓷片和过滤网均需经450～500℃、2～4h的烘烤后方可使用，使用前应将与合金液接触部分的毛刺及浮砂用砂纸或其它工具清理并用压缩空气吹净。在过滤的同时进行浇注，使合金液通过过滤网后浇注进金属模内。
浇注后，将合金在炉内自然冷却4～5min，即可破真空取出锭模，清理好坩埚进行下炉熔炼。
产品经化学分析、性能符合技术标准、扒皮后即能投入使用。
K488合金化学成分(Q/3B1376-2005)见表3。
                                       表3  K488合金化学成分                                 (重量％)
  合金元素   C   Cr   Co   W   Mo   Al   Ti   Nb   Ni
成分范围   0.04～0.09   15.4～16.3   10.0～11.5   4.7～5.9   1.6～2.3   2.8～3.3   4.2～5.0   0.10～0.30 基
  合金元素   Hf   Y   B   Ce   Zr   S   P   Si   N
成分范围   0.2～0.4 0.03   0.06～0.10 0.015 0.05   ≤0.008   ≤0.008   ≤0.3   ≤0.01
合金元素   Mn   Ag   Cu   Pb   Sn   As   Bi   Sb
                                             不大于
  成分范围   0.3   0.0005   0.1   0.001   0.002   0.0005   0.00005   0.0005
K488合金的高温力学性能见表4
                                          表4  K488合金高温力学性能(Q/3B1376-2005)
                高温瞬时性能            高温持久性能
  试验温度℃   σbMPa   δ5％   ψ％   温度℃   σMPa   τh
  900   637   8.0   16.0   900   274   ≥100
O、N含量随返回次数(5次)的变化情况见表5和图3。
                          表5        O、N含量随返回次数(5次)的变化情况          (重量％)
  元素   新料   1FH   2FH   3FH   4FH   5FH
O   0.00060.0009 0.0012 0.0014 0.0017 0.0009 0.0016
N   0.00150.0013 0.0022 0.0020 0.0020 0.0025 0.0023
K488合金(50％返回)随着返回次数(5次)的增加，O、N含量总的趋势呈增加的态势，但依然在较低的范围内波动：O≤17ppm，N≤25ppm；经过五次返回化学成分及杂质含量均能达到技术条件Q/3B 1376-2005的要求。其中N含量远低于0.01％(100ppm)。
经过五次返回合金的化学成分见表6。
                                表6  五次返回合金成分的化学分析结果         (重量％)
  代号   C   Cr   Co   W   Mo   Al   Ti   Nb
  1FH   0.070   16.10   11.05   5.66   1.79   3.11   4.82   0.23
  2FH   0.045   15.42   10.85   5.39   2.00   3.15   4.87   0.23
  3FH   0.055   15.74   10.86   5.41   1.98   2.90   4.68   0.21
  4FH   0.064   15.70   10.79   5.42   2.00   3.06   4.69   0.21
  5FH   0.048   15.63   10.65   5.40   2.03   3.08   4.70   0.24
  新料   0.050   15.89   10.80   5.61   1.99   3.07   4.49   0.21
  代号   Hf   Y   Ce   B   Zr   Fe   Si   Mn
  1FH   0.30   ＜0.03   ＜0.015   0.096   0.05   ＜0.50   0.11   ＜0.03
  2FH   0.28   ＜0.01   ＜0.005   0.073   0.057   0.10   0.08   ＜0.03
  3FH   0.25   ＜0.01   ＜0.01   0.078   0.053   0.10   0.08   ＜0.03
  4FH   0.26   ＜0.01   0.11   0.070   0.051   0.10   0.08   ＜0.03
  5FH   0.26   ＜0.005   ＜0.005   0.060   0.055   ＜0.50   0.08   ＜0.03
  新料   0.24   0.007   0.016   0.074   0.054   0.07   0.09   ＜0.05
  代号   S   P   Ag   Pb   Sn   Bi   As   Sb
  1FH   ＜0.008   ＜0.008   ＜0.0005   ＜0.001   ＜0.002   ＜0.00005   ＜0.0005   ＜0.0005
  2FH   ＜0.008   ＜0.005   ＜0.0005   ＜0.001   ＜0.002   ＜0.00005   ＜0.0005   ＜0.0005
  3FH   ＜0.008   ＜0.005   ＜0.0005   ＜0.001   ＜0.002   ＜0.00005   ＜0.0005   ＜0.0005
  4FH   ＜0.008   ＜0.005   ＜0.0005   ＜0.001   ＜0.002   ＜0.00005   ＜0.0005   ＜0.0005
  5FH   ＜0.008   ＜0.005   ＜0.0005   ＜0.001   ＜0.002   ＜0.00005   ＜0.0005   ＜0.0005
  新料   0.003   ＜0.005   ＜0.0003   0.0001   0.001   ＜0.00005   0.0002   0.0001
由表6可见，经过五次返回合金的化学成分均能达到技术条件Q/3B 1376-2005的要求
室温拉伸性能
经过五次返回后，合金的室温抗拉强度最低下降15.2％，屈服强度最低下降8％。随着返回次数的增加，塑性呈下降趋势，但下降幅度不大，依然维持较高水平，见表7和图4。
                                                 表7  不同返回次数K488返回合金室温拉伸性能
代号   试验温度℃   σbMPa   σ0.2MPa   δ5％   ψ％
  新料   20   1180   995   9.5   8.5
  1FH   20   1100   990   8.0   7.5
  2FH   20   1100   995   6.0   9.0
  3FH   20   1080   980   7.0   10.0
  4FH   20   1040   925   6.5   5.0
  5FH   20   1040   915   7.5   7.5
900℃条件下高温拉伸性能
经过五次返回，合金高温抗拉强度最低下降11.2％。屈服强度5次返回均高于新料合金。经过五次返回，合金的塑性与新料合金塑性相当，其结果均能达到技术条件Q/3B 1376-2005的要求。
见表8和图5。
                                             表8  不同返回次数K488合金900℃瞬时拉伸性能
代号   试验温度℃   σbMPa   σ0.2MPa   δ5％   ψ％
  新料   900   760   540   18.5   33.0
  1FH   900   815   655   17.0   30.5
  2FH   900   790   675   15.5   24.0
  3FH   900   770   590   16.0   33.5
  4FH   900   710   595   17.5   25.0
  5FH   900   675   565   24.5   28.5
  技术条件   900   637   -   8.0   16.0
900℃/274MPa条件下的持久性能
经过五次返回，K488合金的持久寿命有所波动，但幅度不大，均维持在200小时以上，与新料持久寿命相当；随着返回次数的增加，持久塑性均高于新料合金，其结果均能达到技术条件Q/3B 1376-2005的要求。见表9和图6。
                                       表9  不同返回次数K488合金900℃、274MPa持久性能
代号   试验温度℃   σMPa   ιh.min   δ％   ψ％
  新料   900   274   276.40断   8.50   -
  1FH   900   274   245.19断   11.50   14.65
  2FH   900   274   274.24断   12.00   15.36
  3FH   900   274   274.45断   11.20   15.64
  4FH   900   274   296.82断   10.24   19.60
  5FH   900   274   239.26断   12.00   26.00
  技术条件   900   274   ≥100   -   -
900℃/274MPa条件下的蠕变性能
K488合金经1～5次返回后，合金的蠕变曲线和新料合金一样都具有蠕变三阶段，而且返回次数合金的蠕变性能并没有因为返回次数的增加而降低，其中2返和3返合金的蠕变性能甚至还明显增加，此外2返到5返合金的蠕变性能均优于新料和1返合金，这是由于新料和1返合金没有添加稀土Y、Ce和采取过滤净化工艺的原因。可见返回料合金只要采取合理的冶炼工艺和滤净化工艺，能有效地降低合金中N、O及其它杂质的含量，并使合金返回到5次仍可和新料一样使用，1～5次返回合金在900℃、274MPa条件下的蠕变曲线见图7。
返回料合金实际应用(实物浇注)
图8为采用一次返回料合金浇注R0110重型然机I级涡轮空心工作叶片，浇注实验结果表明，一次返回合金具有良好的流动性、充型性。
实施例2
实施工艺步骤与实施例1相同，在熔炼返回料合金产品阶段，两次合金化处理具体按以下配比(重量百分比)调整合金成分：
C0.04、Cr16.30、Co11.50、W4.70、Mo1.60、Al3.00、Ti5.00、Nb0.30、Hf0.30、B0.06、Y0.03、Ce0.015、Zr0.05、余量主要为Ni。
实施例3
实施工艺步骤与实施例1相同，在熔炼返回料合金产品阶段，两次合金化处理具体按以下配比(重量百分比)调整合金成分：
C0.09、Cr15.40、Co10.00、W5.90、Mo2.10、Al2.80、Ti4.20、Nb0.10、Hf0.20、B0.10、Y0.03、Ce0.015、Zr0.05、余量主要为Ni。
实施例4
实施工艺步骤与实施例1相同，在熔炼返回料合金产品阶段，两次合金化处理具体按以下配比(重量百分比)调整合金成分：
C0.05、Cr15.60、Co11.50、W5.80、Mo2.30、Al3.30、Ti4.40、Nb0.16、Hf0.40、B0.07、Y0.03、Ce0.015、Zr0.05、余量主要为Ni。

Claims (8)

1、含铪镍基铸造高温合金K488返回料合金真空熔炼工艺，其特征在于：
(1)首先熔炼返回料，在熔化、精炼、冷冻处理后，进行浇注，浇注时用陶瓷片支撑的氧化铝陶瓷过滤网对合金液进行一次过滤，然后按重量百分比C0.06～0.09、W5.00～5.90、Mo2.00～2.30、Al3.00～3.30、Ti4.60～5.00、Nb0.20～0.30、Hf0.30～0.40、B0.08～0.10、Y0.03、Ce0.015、Zr0.05、其余主要为Cr、Co、Ni的成分配比对合金成分进行调整，主元素Cr、Co、W、Mo、Nb、Ni不做调整，B、Zr、C、Hf、Y、Ce、Al、Ti均按上限进行调整；
(2)然后熔炼返回料合金，以重量比计按50％返回料、50％新料配料，经熔化、精炼、第一次冷冻处理后，进行第一次合金化处理，首先加入补加料C，待C全熔后，依次加入Cr-B中间合金、Al、Ti、Zr；第二次冷冻处理后进行第二次合金化处理，加入Ce、Y、Hf，两次合金化处理按重量百分比C0.04～0.09、Cr15.40～16.30、Co10.00～11.50、W4.70～5.90、Mo1.60～2.30、Al2.80～3.30、Ti4.20～5.00、Nb0.10～0.30、Hf0.20～0.40、B0.06～0.10、Y0.03、Ce0.015、Zr0.05、余量主要为Ni的成分配比调整成分；进行浇注，浇注时用陶瓷片支撑的氧化铝陶瓷过滤网对合金液进行一次过滤，得到产品。
2、按照权利要求1所述的含铪镍基铸造高温合金K488返回料合金真空熔炼工艺，其特征在于步骤(1)的熔化工艺采用分段通电加热方式，在通电功率为80±10kW阶段通电10分钟，100±10kW通电15分钟，120±10kW通电10分钟，然后将通电功率升高至150kW，至合金化清，整个熔化期控制真空度≤10.66Pa。
3、按照权利要求1所述的含铪镍基铸造高温合金K488返回料合金真空熔炼工艺，其特征在于步骤(1)的精炼温度为1580±10℃，真空度保持≤1.33Pa，精炼末期缓慢倾动坩埚2～3次，精炼时间为5～6min，精炼期结束，对钢水液面进行破膜处理，出现镜面。
4、按照权利要求1所述的含铪镍基铸造高温合金K488返回料合金真空熔炼工艺，其特征在于步骤(1)浇注温度为1450±10℃，陶瓷片和过滤网经450～500℃、2～4h的烘烤后使用，使用前将与合金液接触部分的毛刺及浮砂清理掉并用压缩空气吹净。
5、按照权利要求1所述的含铪镍基铸造高温合金K488返回料合金真空熔炼工艺，其特征在于步骤(2)熔化工艺采用分段通电加热方式，在通电功率为80±10kW阶段通电10分钟，100±10kW通电15分钟，120kW通电10分钟，然后将通电功率升高至150kW，至合金化清，整个熔化期控制真空度≤10.66Pa。
6、按照权利要求1所述的含铪镍基铸造高温合金K488返回料合金真空熔炼工艺，其特征在于步骤(2)精炼温度为1580±10℃，精炼的真空度保持≤1.33Pa，精炼末期缓慢倾动坩埚2～3次，精炼时间为8～10min，精炼期结束，对钢水液面进行破膜处理，出现镜面。
7、按照权利要求1所述的含铪镍基铸造高温合金K488返回料合金真空熔炼工艺，其特征在于步骤(2)第一次合金化真空度控制在≤0.67Pa，控制1550±10℃的恒温，加Al耗时为4～7min，加Cr-B中间合金、Zr后控制搅拌功率为130±10kW，并倾动坩埚2～3次，加完Al、Ti后送130±10kW功率进行搅拌，并倾动坩埚2～3次，搅拌后停电镇静6～8min。
8、按照权利要求1所述的含铪镍基铸造高温合金K488返回料合金真空熔炼工艺，其特征在于步骤(2)第二次合金化真空度控制在≤0.67Pa，控制1550±10℃的恒温，Ce、Y、Hf分别用铝箔包好，先加入Ce、Y，均匀后再加入Hf。
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101440436B (zh) * 2007-11-21 2010-04-21 中国科学院金属研究所 一种高温合金返回料的纯净化冶炼工艺
CN101994021A (zh) * 2010-10-22 2011-03-30 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 利用dz417g合金返回料制备k417g合金的方法
CN101717865B (zh) * 2009-11-27 2011-04-27 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 镍基高温合金k441返回料的合金熔炼方法
CN102312113A (zh) * 2011-09-28 2012-01-11 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 高铬k4648镍基铸造合金返回料的熔炼方法
CN103173865A (zh) * 2011-12-23 2013-06-26 中国科学院金属研究所 一种低成本镍基单晶高温合金及其制备方法
CN103382533A (zh) * 2013-06-30 2013-11-06 太原钢铁(集团)有限公司 镍基高温合金返回料的合金纯净冶炼方法
CN103498075A (zh) * 2013-09-03 2014-01-08 攀钢集团江油长城特殊钢有限公司 难变形高温合金和难变形高温合金件的制备方法
CN104532063A (zh) * 2014-12-09 2015-04-22 抚顺特殊钢股份有限公司 以高AL、Ti返回为原材料冶炼低碳超纯净镍基合金的方法
CN105238934A (zh) * 2015-09-24 2016-01-13 北京北冶功能材料有限公司 一种降低高温合金中氮含量的真空感应熔炼方法
CN113458402A (zh) * 2021-07-07 2021-10-01 中国航发北京航空材料研究院 一种使用镍基高温合金粉末返回料制备高温合金粉末的方法
CN113512654A (zh) * 2021-06-02 2021-10-19 北京工业大学 一种返回料的短流程回收利用的方法
CN113667861A (zh) * 2021-08-23 2021-11-19 中航上大高温合金材料股份有限公司 一种gh3625合金的冶炼方法
CN113667878A (zh) * 2021-08-23 2021-11-19 中航上大高温合金材料股份有限公司 一种gh907合金的冶炼方法
CN114231767A (zh) * 2021-12-16 2022-03-25 中国科学院金属研究所 一种抗热腐蚀镍基高温合金的σ相析出控制方法
CN114318063A (zh) * 2021-12-10 2022-04-12 丹阳市龙鑫合金有限公司 一种镍基高温合金带材配方及其熔炼工艺

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102560165B (zh) * 2010-12-29 2013-10-23 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种用k417合金返回料熔炼k417g合金的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4195987A (en) * 1975-12-29 1980-04-01 Cabot Corporation Weldable alloys

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101440436B (zh) * 2007-11-21 2010-04-21 中国科学院金属研究所 一种高温合金返回料的纯净化冶炼工艺
CN101717865B (zh) * 2009-11-27 2011-04-27 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 镍基高温合金k441返回料的合金熔炼方法
CN101994021A (zh) * 2010-10-22 2011-03-30 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 利用dz417g合金返回料制备k417g合金的方法
CN101994021B (zh) * 2010-10-22 2012-07-18 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 利用dz417g合金返回料制备k417g合金的方法
CN102312113A (zh) * 2011-09-28 2012-01-11 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 高铬k4648镍基铸造合金返回料的熔炼方法
CN103173865B (zh) * 2011-12-23 2016-01-20 中国科学院金属研究所 一种低成本镍基单晶高温合金及其制备方法
CN103173865A (zh) * 2011-12-23 2013-06-26 中国科学院金属研究所 一种低成本镍基单晶高温合金及其制备方法
CN103382533A (zh) * 2013-06-30 2013-11-06 太原钢铁(集团)有限公司 镍基高温合金返回料的合金纯净冶炼方法
CN103382533B (zh) * 2013-06-30 2015-08-05 太原钢铁(集团)有限公司 镍基高温合金返回料的合金纯净冶炼方法
CN103498075A (zh) * 2013-09-03 2014-01-08 攀钢集团江油长城特殊钢有限公司 难变形高温合金和难变形高温合金件的制备方法
CN104532063A (zh) * 2014-12-09 2015-04-22 抚顺特殊钢股份有限公司 以高AL、Ti返回为原材料冶炼低碳超纯净镍基合金的方法
CN105238934A (zh) * 2015-09-24 2016-01-13 北京北冶功能材料有限公司 一种降低高温合金中氮含量的真空感应熔炼方法
CN113512654A (zh) * 2021-06-02 2021-10-19 北京工业大学 一种返回料的短流程回收利用的方法
CN113458402A (zh) * 2021-07-07 2021-10-01 中国航发北京航空材料研究院 一种使用镍基高温合金粉末返回料制备高温合金粉末的方法
CN113667861A (zh) * 2021-08-23 2021-11-19 中航上大高温合金材料股份有限公司 一种gh3625合金的冶炼方法
CN113667878A (zh) * 2021-08-23 2021-11-19 中航上大高温合金材料股份有限公司 一种gh907合金的冶炼方法
CN114318063A (zh) * 2021-12-10 2022-04-12 丹阳市龙鑫合金有限公司 一种镍基高温合金带材配方及其熔炼工艺
CN114231767A (zh) * 2021-12-16 2022-03-25 中国科学院金属研究所 一种抗热腐蚀镍基高温合金的σ相析出控制方法

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