一种锰铜减振合金的真空感应熔炼方法技术

本发明专利技术公开了一种锰铜合金的真空感应熔炼方法，步骤包括：选取金属原料及合金料，并布料装炉；抽真空，加电预热；炉内金属原料红热后充氩气保护，并继续加热至熔化熔清；静置精炼；造渣；扒渣；添加合金料；调温浇注。本发明专利技术的优点在于引入造渣工序，可有效清除锰铜合金熔炼过程中产生的大量金属氧化物夹杂，提高合金纯净度，改善合金的锻造性能和合金质量；补缩阶段采用反复浇注补缩工艺，可有效减小铸锭缩孔缩松，改善冒口锻造性能，提高铸锭利用率，降低生产成本。

A Vacuum Induction Melting Method for Manganese-Copper Vibration Absorbing Alloy

【技术实现步骤摘要】
一种锰铜减振合金的真空感应熔炼方法
本专利技术涉及特种合金的冶炼制备
，具体涉及一种锰铜减振合金的真空感应熔炼方法。
技术介绍
伴随着科技快速进步，人们对机械系统自身稳定性、精密度的要求日益提高。机械振动带来的危害，尤其是航空航天、精密机加工、精密测量等领域，微振动干扰带来的危害日益显现。因此，采用结构功能一体化的高阻尼合金，用来加工制备振源支撑构件，从而起到减振、隔振的效果，以便提升整体系统的精度、稳定性和寿命，受到社会的广泛重视。相比于其它减振阻尼材料，锰铜基减振合金因其具有宽温区、高阻尼、高强度等综合优势。锰铜基减振合合金的成分一般为50-75％Mn,20-40％Cu以及少量Ni、Fe、Al等其它一些合金化元素。锰铜基阻尼合金优良的减振吸能特性来源于合金内部马氏体相内含有的大量微孪晶结构。大量的马氏体微孪晶在外力作用下发生的弛豫运动能够导致能量被迅速耗散，从而使得振源引起的机械振动被高效衰减。目前锰铜基减振合金已经取得了一定的商业应用，包括作为潜艇螺旋桨用材料，以及用于制造减振支架、基座、垫片和座脚等结构支撑部件，都取得了明显的效果。关于锰铜基减振合金高阻尼产生的机制目前已有统一的认识，有关合金成分、组织与性能特点之间关系的研究等方面也有一些文献报道。但是，有关锰铜基减振合金熔炼、锻造和轧制等重要热加工工艺的研究尚未见有报道。这些制备过程不仅是决定材料化学成分、晶体组织与力学性能的关键过程，也是实际材料和产品生产过程中必不可少的工艺。由于锰铜合金热导率差，结晶温区宽，导致其凝固过程时间较长。同时合金在固、液状态体积差别较大，不但在降温凝固过程中很容易发生宏观成分偏析，导致铸锭材料组织和性能均匀性、一致性较差，而且还容易导致浇铸合金锭缩孔缺陷明显。如果仍然按照常规浇注工艺，冒口深度可达整个铸锭长度一半左右，导致原料严重浪费，增加生产成本。因此，为了降低铸锭缺陷带来的损失，必须严格控制真空度、浇注温度、浇注速度、补缩制度等工艺参数。另一方面，由于锰铜基减振合金熔炼原料中含有高达40-75％的电解锰片，锰元素具有化学性质活泼，真空蒸气压高的特点。在存放和熔炼过程中与熔炼环境(气氛、坩埚)之间可产生复杂的物理化学反应，锰元素具有很强的形成氧化物夹杂的倾向。即使真空熔炼，也会在熔体内部生成大量金属氧化物和非金属氧化物夹渣。产生的夹渣将严重影响合金的后期锻造和使用性能。因此，合金熔炼工艺涉及的坩埚、布料、真空度、熔炼温度、静置时间等参数也需要严格控制。专利CN103556020B中公开了具有优良力学性能的高锰含量锰铜高阻尼合金，合金材料的化学成分包括：Cu为21.0-24.5wt.％，Ni为2.0％-7.0wt.％，Fe为1％-3wt.％，0<稀土元素含量<1.2wt.％，0<高熔点金属原料含量<3.0wt.％，其余为Mn，且C<0.1wt.％。其生产的合金材料阻尼性能良好，但该合金采用Ce、La稀土元素和高熔点金属元素，成本较高；且多种元素叠加引起密度差别增大和热导率的进一步下降，更容易引起合金锭成分的宏观偏析和严重的缩孔缺陷。此专利主要集中在合金成分方面，在具体的熔炼工艺方面并没有详细规范的说明。专利CN201610776237公开了一种真空感应炉冶炼锰铜合金的方法，通过水冷铜锭模进行浇注减轻冒口缩孔缺陷；通过炉内底吹氩气进行搅拌，解决合金化渣困难及电解锰容易漂浮在渣层之上的问题。尤其是第一种措施，需要对真空感应熔炼炉所使用的传统锭模系统进行大规模改造。而且使用过程中，由于锭模需要反复在真空炉内外转移以便于浇注和脱模，其水循环系统将也必须反复拆卸。这不但增加成本，影响生产效率，也将对炉体的真空系统造成不利影响，存在安全隐患。专利CN108559896A公开了一种铸造高阻尼锰铜合金材料及其制造方法，其原料先在真空感应熔炼炉内熔化，然后合金熔体直接在坩埚中凝固成铸件，而且合金熔体凝固界面前沿位置处施加强度不大于5T的横向静磁场。上述方案，不但使熔炼工艺复杂化，且大大降低了生产效率。专利CN201410192802(CN103966493A)公开了一种高阻尼Mn-Cu基减振合金及其制备方法，其将原料置于真空感应炉内熔化，加热到1400-1500℃,形成合金液体；将合金液在该温度下充分搅拌10分钟后即可浇铸成相应的铸件。前面已经分析，这种高温浇注方法将加重合金铸锭成分不均匀性和缩孔缺陷，严重者甚至可以使缩孔深度达到整个铸锭长度的一半以上，严重降低铸锭质量和原材料利用率。综上所述，目前来看，由于锰铜基高阻尼减振合金结晶温度范围宽，易形成氧化物夹杂，铸造性能差，导致其冶炼工艺并不成熟。合金熔炼作为锰铜基减振合金产品组织和性能的基本工艺过程，必须严格控制坩埚材质、熔炼气氛、熔炼温度、精炼及静置时间、浇注温度、浇注速度、补缩制度等工艺参数。必要情况下，还必须利用造渣剂清除熔体中存在的渣滓。因此优化并掌握锰铜合金熔炼的工艺参数，对于降低该材料生产成本和规模化生产，以及实现产品的高性能及可靠应用来说无疑是极其重要的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就是克服现有锰铜减振合金熔炼工艺的不足，提供一套可规模化生产的真空感应熔炼工艺规范,提高原料利用率，降低生产成本。本专利技术设计了科学的熔炼、浇注工艺，通过对布料、真空度、熔炼温度、静置时间、除渣与浇注等过程的严格控制，可以使合金元素在铸锭中得到均匀固溶，金属氧化物夹渣得到有效清除，可以解决浇注合金锭缩孔缺陷严重的问题，提高了冶金质量和生产效率，可实现规模化生产。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种锰铜合金的真空感应熔炼方法，包括以下操作步骤：S1、选取工业纯以上金属原料，并分别布料装炉；S2、炉内抽真空，对金属原料进行加电预热；S3、炉内金属原料红热后充保护气体，并继续加热至熔化熔清；S4、静置精炼；S5、造渣：精炼后期，投入造渣剂，使其吸附熔体内部和表面的氧化物夹渣，造渣过程10-30min；S6、扒渣：造渣结束后，使用扒渣设备将漂浮于熔体表面的渣料清除。S7、添加合金料；S8、静置：降低电源功率至合金熔体液面结膜；S9、调温浇注：静置结束后，重新将电源功率调高至熔炼状态，使合金熔体温度再次升高，当熔体表面结膜开始熔化时开始浇注；当浇口杯中心孔位置处能看到熔体冒出时停止浇注，等待熔体补缩；5-20s后重新补浇至熔体再次从浇口杯孔位置处冒出，重复补缩过程，直到浇口位置熔体不再下降，浇注时间5-20min；进一步改进在于，步骤S1中，所述金属原料包括纯锰和纯铜以及其他金属原料，布料装炉为先将电解純锰片覆盖于坩埚底部，然后将纯铜和其他金属原料置于电解锰片之上，再将合金料置于料仓。进一步改进在于，步骤S2的具体操作为：关闭真空室，抽真空至20Pa以下时，逐级加大电源功率对金属原料预热；同时继续抽气，使真空度保持在10Pa以下。进一步改进在于，步骤S3的具体操作为：观察到炉内金属原料红热后，停止抽真空，向真空室内充入高纯氩气(99.999％)使炉内压力达到0.05MPa附近，同时继续加大电源功率，使炉料快速熔清，熔化时间30-60min；同时始终关注电解锰片放气情况，始终保持炉内气压在0.05MPa附近。进一步改进在于，步骤S4的具体操本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锰铜合金的真空感应熔炼方法，其特征在于：包括以下操作步骤：S1、选取工业纯以上金属原料，并分别布料装炉；S2、炉内抽真空，对金属原料进行加电预热；S3、炉内金属原料红热后充保护气体，并继续加热至熔化熔清；S4、静置精炼；S5、造渣：精炼后期，投入造渣剂，使其吸附熔体内部和表面的氧化物夹渣，造渣过程10‑30min；S6、扒渣：造渣结束后，使用扒渣设备将漂浮于熔体表面的渣料清除。S7、添加合金料；S8、静置：降低电源功率至合金熔体液面结膜；S9、调温浇注：静置结束后，重新将电源功率调高至熔炼状态，使合金熔体温度再次升高，当熔体表面结膜开始熔化时开始浇注；当浇口杯中心孔位置处能看到熔体冒出时停止浇注，等待熔体补缩；5‑20s后重新补浇至熔体再次从浇口杯孔位置处冒出，重复补缩过程，直到浇口位置熔体不再下降，浇注时间5‑20min。

【技术特征摘要】
1.一种锰铜合金的真空感应熔炼方法，其特征在于：包括以下操作步骤：S1、选取工业纯以上金属原料，并分别布料装炉；S2、炉内抽真空，对金属原料进行加电预热；S3、炉内金属原料红热后充保护气体，并继续加热至熔化熔清；S4、静置精炼；S5、造渣：精炼后期，投入造渣剂，使其吸附熔体内部和表面的氧化物夹渣，造渣过程10-30min；S6、扒渣：造渣结束后，使用扒渣设备将漂浮于熔体表面的渣料清除。S7、添加合金料；S8、静置：降低电源功率至合金熔体液面结膜；S9、调温浇注：静置结束后，重新将电源功率调高至熔炼状态，使合金熔体温度再次升高，当熔体表面结膜开始熔化时开始浇注；当浇口杯中心孔位置处能看到熔体冒出时停止浇注，等待熔体补缩；5-20s后重新补浇至熔体再次从浇口杯孔位置处冒出，重复补缩过程，直到浇口位置熔体不再下降，浇注时间5-20min。2.根据权利要求1所述的一种锰铜合金的真空感应熔炼方法，其特征在于：步骤S1中，所述金属原料包括纯锰和纯铜以及其他金属原料，布料装炉为先将电解純锰片覆盖于坩埚底部，然后将纯铜和其他金属原料置于电解锰片之上，再将合金料置于料仓。3.根据权利要求1所述的一种锰铜合金的真空感应熔炼方法，其特征在于：步骤S2的具体操作为：关闭真空室，抽真空至20Pa以下时，逐级加大电源功率对金属原料预热；同时继续抽气，使真空度保持在1...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋卫斌，王先平，刘旺，高云霞，程志军，庄重，方前锋，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34