一种锆合金熔炼和浇铸方法技术

一种锆合金熔炼和浇铸方法，包括以下步骤：步骤一，一次熔炼，取样分析锆合金铸锭的成分，决定需要补充的合金元素；步骤二，二次熔炼，调整合金成分，搅拌使锆合金熔体的组分均匀；步骤三，净化工艺准备，将嵌有过滤介质的浇道预热到1000-1200℃；铸锭模准备，将铸锭模表面清理干净，没有杂质和油污附着；步骤四，浇铸与净化，将熔融的锆合金熔体倒入浇道中，锆合金熔体通过过滤介质，其合金熔体中的杂质被过滤介质拦截和吸附，洁净的锆合金熔体流入到铸锭模中，冷却形成铸锭。本方法操作简便、能耗更低、净化效果更好。

【技术实现步骤摘要】
一种锆合金熔炼和浇铸方法
本专利技术涉及锆合金熔炼和浇铸方法。
技术介绍
目前，锆在地壳中的含量很丰富，按丰度居第20位，金属锆的高抗腐蚀性能和极高的熔点(1860℃)等特性，是航空航天以及船舶和核电领域中极具应用潜力的新型结构材料。锆在室温时为密排六方结构，称为a相，其显著特点是室温抗拉强度很低，不到400MPa，无法满足结构材料对力学性能的要求，因此，除在核工业中得到应用外，在其它工程领域很少作为结构材料来应用，至今很少见报道，α-Zr在865℃时发生同素异晶转变，转变为体心立方的β-Zr。随着其他工程材料的应用范围开始出现局限性，由于锆合金具有其独特的力学和抗腐蚀性能，锆合金开始进入工程领域的视野。公开号为CN102260807A的专利通过自耗电弧炉方法熔炼锆合金，存在熔炼次数多、耗能大的缺陷。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种操作简便、能耗更低、净化效果更好的锆合金熔炼和浇铸方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种锆合金熔炼和浇铸方法，包括以下步骤：步骤一，一次熔炼，将相同牌号的锆合金返回料放入真空熔炼炉的坩埚中，真空度为0.001-0.1Pa,然后充入充分干燥后的氩气，熔炼温度为1000-1500℃，熔炼时间为30-60分钟，锆合金完全融化后，倒入嵌有过滤介质的过滤设备中进行浇铸；待铸锭冷却后，打开真空炉，取出铸锭开坯，将合金的外表皮清除掉1-2毫米，然后取样分析锆合金铸锭的成分，按照合金牌号的要求，计算成分偏差，决定需要补充的合金元素；步骤二，二次熔炼，调整合金成分，将弥补的合金元素偏差的各种合金元素单质或中间合金，与一次熔炼的锆合金铸锭一同放入真空熔炼炉，真空度为0.001-0.1Pa,然后充入充分干燥后的氩气，熔炼温度1000～1500℃，熔炼时间为30～60分钟，搅拌使锆合金熔体的组分均匀；步骤三，净化工艺准备，将嵌有过滤介质的浇道预热到1000-1200℃；铸锭模准备，将铸锭模表面清理干净，没有杂质和油污附着；步骤四，浇铸与净化，将熔融的锆合金熔体倒入浇道中，锆合金熔体通过过滤介质，其合金熔体中的杂质被过滤介质拦截和吸附，洁净的锆合金熔体流入到铸锭模中，冷却形成铸锭。作为优选方式，所述浇道和过滤介质均由接触材料构成，所述接触材料由陶瓷粉料和增强稳定剂组成，所述陶瓷粉料由MgO和ZrO2按摩尔比6-12:100组成，增强稳定剂按重量比为陶瓷粉料的0.5％-1％，所述增强稳定剂为富铈稀土。作为优选方式，所述接触材料的制备方法包括以下步骤：步骤1，将陶瓷粉料和增强稳定剂混合均匀；步骤2，湿法球磨20-24小时，80-100℃干燥后粉碎；步骤3，于1400-1450℃下煅烧1.5-6小时，冷却，粉碎；步骤4，湿法球磨24-48小时，80-100℃下干燥后粉碎、筛选。作为优选方式，所述过滤介质的制备方法包括以下步骤：步骤1，前处理，将三维聚氨酯泡沫海绵骨架浸入浓度为10％～20％的NaOH溶液中，在40～60℃温度下水解2～4h，然后反复揉搓并用清水冲洗前驱体后晾干，从而清洗干净海绵；步骤2，制浆，首先逐步将聚乙烯醇添加在水中，直至聚乙烯醇和水的粘度为40-50CPS以及PH值在5-7，水溶液温度控制在40-50℃，进行搅拌，同时加入消泡剂，将200目和400目接触材料按照3：1的重量比倒入上述溶液中，进行搅拌，获得浆料，200目接触材料和400目接触材料的重量占浆料重量的75-85％；步骤3，涂挂，将步骤1得到的三维聚氨酯泡沫海绵骨架浸入到步骤2得到的浆料中，充分排出骨架中的气体，使其表面及内部均匀涂挂上浆料，捞出；步骤4，自然阴干和烘干，将涂挂三维聚氨酯泡沫海绵骨架的放置于阴凉通风处，进行阴干处理，阴干4-48小时，制成陶瓷过滤器的待烘干半成品，将阴干后的过滤介质半成品放入烘干炉内进行烘干，烘干炉的升温速度为0.5-5℃/min，升温到90-120℃，保温1-2小时，然后随炉冷却，制成过滤介质的待烧结半成品；步骤5，烧结，即在500℃以下的低温区、500℃以上到1200℃～1570℃的中温区和1570℃的高温区中烧结，在低温区中烧结时，200℃以下升温速度为2-5℃/min，200℃以上到400℃升温速度为1-3℃/min，升至400℃时保温30分钟，然后以3℃/min的速度升温到500℃；在中温区中烧结时，500℃以上到1150℃，速度为4-5℃/min；1150℃到1570℃，此阶段将升温速度控制在3-4℃/min并在1300℃保温1小时；在高温区中烧结时，在1570℃保温6-10小时，然后随炉冷却，制成过滤介质。作为优选方式，所述步骤2中，搅拌聚乙烯醇和水的转速为70～100转/分钟。作为优选方式，所述步骤2中，加入接触材料后搅拌的速度为80-150转/分钟。作为优选方式，所述步骤2中，消泡剂占聚乙烯醇和水总重量的0.1％～1％。作为优选方式，嵌有过滤介质的所述浇道的制备方法包括以下步骤：步骤1、制作铝模，制作两个对称的、与浇道内的中空部位匹配的铝模；步骤2、注蜡，打开铝模，将过滤介质放入铝模与过滤腔体对应的部位，合上铝模后注蜡，使蜡充满铝模内部以及过滤介质；步骤3、挂砂，待蜡凝固后，打开铝模并取出带有过滤介质的蜡模，吹融蜡模过滤介质处表面的蜡，直至蜡模表面露出过滤介质，在蜡模表面反复涂挂接触材料直至所需厚度并阴干4～128小时；步骤4、融蜡，将步骤3获得的产物放入热水中，蜡在此过程中融化脱离，捞出后阴干8～24小时；步骤5、烧结，在1050～1250℃下烧结步骤4获得的产物并保温30min～2h，接触材料烧结成型壳，过滤介质嵌入型壳中，获得带有过滤介质的浇道。作为优选方式，步骤3中，在蜡模表面涂挂接触材料时，先涂挂400目的接触材料，然后在400目的接触材料上涂挂200目的接触材料。本锆合金熔炼和浇铸方法与现有技术相比具有如下优点：步骤简单，比自耗电弧炉方法减少了熔炼次数，节省能源消耗；锆合金的夹杂少，O、S、P、N、C等杂质元素的含量极低，改善了合金的金相结构，提升了合金的力学性能；与母合金相比，没有明显区别，减少锆合金的降级使用，提高了社会经济效益，实现了循环使用的目的。进一步地，浇道和过滤介质均由接触材料制成，接触材料采用ZrO2作为主体材料以避免与锆合金反应，在ZrO2中添加MgO和富铈稀土，通过湿法球磨、煅烧等工序制备得出，MgO和富铈稀土的加入及上述处理有利于晶型稳定化，获得稳定的四方晶型ZrO2，避免纯ZrO2因晶型转变导致的体积变化和热效应，从而保证其性能。除了锆合金外，本接触材料及过滤介质还可用于净化活泼性比锆低的金属或合金。进一步地，本专利技术所用过滤介质的制备该方法利用三维聚氨酯泡沫海绵作为骨架，在骨架涂挂浆料并经过烘干和烧结程序得到过滤介质，通过选择不同孔隙密度的三维聚氨酯泡沫海绵作为骨架制备不同孔隙密度的过滤介质，从而拦截不同尺寸的杂质；通过控制烧结的升温速度，完成应力消除并避免细微裂纹，具有良好的常温强度和高温强度，能够适应在净化过程中的温度变化，保证净化效果。进一步地，本专利技术所用浇道利用上述接触材料和净化介质制成，浇道的制备方法充分利用过滤介质表面布满孔隙的特点，通过制作铝模、将过滤介质放入铝模并注蜡形成蜡模、在蜡模表面同时也在过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锆合金熔炼和浇铸方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，一次熔炼，将相同牌号的锆合金返回料放入真空熔炼炉的坩埚中，真空度为0.001‑0.1Pa,然后充入充分干燥后的氩气，熔炼温度为1000‑1500℃，熔炼时间为30‑60分钟，锆合金完全融化后，倒入嵌有过滤介质的过滤设备中进行浇铸；待铸锭冷却后，打开真空炉，取出铸锭开坯，将合金的外表皮清除掉1‑2毫米，然后取样分析锆合金铸锭的成分，按照合金牌号的要求，计算成分偏差，决定需要补充的合金元素；步骤二，二次熔炼，调整合金成分，将弥补的合金元素偏差的各种合金元素单质或中间合金，与一次熔炼的锆合金铸锭一同放入真空熔炼炉，真空度为0.001‑0.1Pa,然后充入充分干燥后的氩气，熔炼温度1000～1500℃，熔炼时间为30～60分钟，搅拌使锆合金熔体的组分均匀；步骤三，净化工艺准备，将嵌有过滤介质的浇道预热到1000‑1200℃；铸锭模准备，将铸锭模表面清理干净，没有杂质和油污附着；步骤四，浇铸与净化，将熔融的锆合金熔体倒入浇道中，锆合金熔体通过过滤介质，其合金熔体中的杂质被过滤介质拦截和吸附，洁净的锆合金熔体流入到铸锭模中，冷却形成铸锭。

【技术特征摘要】
1.一种锆合金熔炼和浇铸方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，一次熔炼，将相同牌号的锆合金返回料放入真空熔炼炉的坩埚中，真空度为0.001-0.1Pa,然后充入充分干燥后的氩气，熔炼温度为1000-1500℃，熔炼时间为30-60分钟，锆合金完全融化后，倒入嵌有过滤介质的过滤设备中进行浇铸；待铸锭冷却后，打开真空炉，取出铸锭开坯，将合金的外表皮清除掉1-2毫米，然后取样分析锆合金铸锭的成分，按照合金牌号的要求，计算成分偏差，决定需要补充的合金元素；步骤二，二次熔炼，调整合金成分，将弥补的合金元素偏差的各种合金元素单质或中间合金，与一次熔炼的锆合金铸锭一同放入真空熔炼炉，真空度为0.001-0.1Pa,然后充入充分干燥后的氩气，熔炼温度1000～1500℃，熔炼时间为30～60分钟，搅拌使锆合金熔体的组分均匀；步骤三，净化工艺准备，将嵌有过滤介质的浇道预热到1000-1200℃；铸锭模准备，将铸锭模表面清理干净，没有杂质和油污附着；步骤四，浇铸与净化，将熔融的锆合金熔体倒入浇道中，锆合金熔体通过过滤介质，其合金熔体中的杂质被过滤介质拦截和吸附，洁净的锆合金熔体流入到铸锭模中，冷却形成铸锭。2.根据权利要求1所述的锆合金熔炼和浇铸方法，其特征在于：所述浇道和过滤介质均由接触材料构成，所述接触材料由陶瓷粉料和增强稳定剂组成，所述陶瓷粉料由MgO和ZrO2按摩尔比6-12:100组成，增强稳定剂按重量比为陶瓷粉料的0.5％-1％，所述增强稳定剂为富铈稀土。3.根据权利要求2所述的锆合金熔炼和浇铸方法，其特征在于：所述接触材料的制备方法包括以下步骤：步骤1，将陶瓷粉料和增强稳定剂混合均匀；步骤2，湿法球磨20-24小时，80-100℃干燥后粉碎；步骤3，于1400-1450℃下煅烧1.5-6小时，冷却，粉碎；步骤4，湿法球磨24-48小时，80-100℃下干燥后粉碎、筛选。4.根据权利要求3所述的锆合金熔炼和浇铸方法，其特征在于：所述过滤介质的制备方法包括以下步骤：步骤1，前处理，将三维聚氨酯泡沫海绵骨架浸入浓度为10％～20％的NaOH溶液中，在40～60℃温度下水解2～4h，然后反复揉搓并用清水冲洗前驱体后晾干，从而清洗干净海绵；步骤2，制浆，首先逐步将聚乙烯醇添加在水中，直至聚乙烯醇和水的粘度为40-50CPS以及PH值在5-7，水溶液温度控制在40-50℃，进行搅拌，同时加入消泡剂，将200目和400目接触材料按照3：1的重量比倒入上述溶液中，进行搅拌，获得浆料，200目接触材料和400目接触材料的重量占浆料重量的75-85％；...

【专利技术属性】
技术研发人员：何明亮，
申请(专利权)人：何明亮，
类型：发明
国别省市：广东;44