一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法技术

本发明专利技术涉及一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法。该方法主要包括以下步骤：一、原料的准备，该制备方法熔炼镍基高温合金Inconel718所需的原料有：镍板，工业纯铁，高纯铬，高纯铌，高纯铝，高纯钛，高纯钼。将镍板及工业纯铁原料表面除杂，进行磨制抛光后，用去离子水和无水乙醇超声清洗，烘干。然后按照标准合金成分进行成分配比；二、装炉，将配好的原料放置于高真空电弧熔炼炉的熔炼坩埚内，抽取高真空，然后通入高纯氩气作为保护气；三、合金的熔炼，在氩气的保护下，引弧并进行熔炼，待全部原料熔化后，开启磁搅拌，并进行多次熔炼，熔炼完成后，熄灭电弧，冷却后获得合金铸锭。本方法操作方便，提高了制备效率。

Method for preparing nickel base high temperature alloy by high vacuum arc furnace

The invention relates to a method for preparing nickel base high temperature alloy by high vacuum arc furnace. The method includes the following steps: first, the preparation of raw materials, the preparation method of smelting nickel based superalloy Inconel718 required raw materials are: nickel plate, industrial pure iron, high chromium, high pure niobium, high pure aluminum, high pure titanium, high pure molybdenum. The surface of the nickel plate and the industrial pure iron were mixed and polished, and cleaned with deionized water and absolute ethanol. Then according to the standard of the composition of alloy composition; two, furnace, smelting crucible with good raw materials placed in high vacuum arc melting furnace, high vacuum extraction, and then pass into the high pure argon gas as protective gas; three, alloy smelting, under the protection of argon arc and melting, stay all the raw material after melting, open magnetic stirring, and repeated melting, melting after extinguish the arc, after cooling to obtain alloy ingot. The method is easy to operate and improves the preparation efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法
本专利技术属于镍基高温合金制备
，具体涉及一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法。
技术介绍
镍基高温合金的研发和应用始于20世纪30年代，其在高温合金领域占据着非常重要的地位。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic75，美国与苏联随后也研制出镍基高温合金，我国在50年代中期才研制出镍基高温合金。镍基高温合金在高温的极端环境下仍然具有良好的力学性能，抗氧化性能、抗腐蚀性能、焊接性能和易加工性能等，一直受到科学研究者的青睐。目前镍基高温合金已经被广泛地应用于各种各样的装置与环境中，例如：航天航空发动机、海洋钻采设备、阀门和石油管道的制备等。因此，研究镍基高温合金对我国航空航天等领域的发展具有重大意义。镍基高温合金的研究工作主要集中在两个方面：合金成分的设计和生产工艺的改进。镍基高温合金的组织和性能的好坏，除了受所用原材料的纯净度的影响外，很大程度上取决于熔炼设备和工艺流程。目前，常用的镍基高温合金熔炼设备主要包括真空感应炉、电渣重熔炉、真空电弧重熔炉等。通常采用的熔炼工艺为多联工艺，该工艺较为复杂和繁琐。首先用真空感应炉熔炼出母合金锭，然后进行合金锭的精炼和提纯。后续的精炼过程一般包括电渣重熔和真空电弧重熔。目前，国内外镍基高温合金的制备方法通常采用真空感应加电渣重熔，真空感应加真空电弧重熔，真空感应加电渣重熔加真空电弧重熔等双联或三联工艺，这种生产工艺十分复杂，能量利用率低，生产效率低。而且，生产过程还存在如下问题：真空感应熔炼过程合金熔体会和炉内材料反应生成氧化物夹杂；电渣重熔时凝固速率低，电极易在高温情况下氧化；电弧重熔不能提供高真空，因此不能完全去除氧和氮等杂质元素；合金铸锭表面缺陷较多，低熔点合金元素的烧损等。因此，专利技术出一种工艺简单，生产效率高，产品纯净度高的镍基高温合金制备方法显得十分必要。
技术实现思路
技术问题：本专利技术为克服上述问题，提供一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法，将原料按照标准成分配比，放置于高真空电弧炉内，利用磁搅拌，透底熔炼，翻转铸锭，多次熔炼等方式，有效的降低了杂质含量和合金成分偏析，从而获得高纯度的镍基高温合金铸锭。技术方案：本专利技术的一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法包括下列步骤：1)原料的准备：该制备方法熔炼镍基高温合金Inconel718所需的原料有镍板，工业纯的铁、铬、铌、铝、钛、钼，镍板及工业纯铁需要进行表面清理，进行磨制和抛光后，用去离子水清洗，在无水乙醇中进行超声清洗，烘干，然后按照镍基高温合金Inconel718的标准合金成分进行配比；2)装炉：将纯钛锭放置于电弧炉中心坩埚内，配比好的合金原料放入其他熔炼坩埚内；原料的放置规则为，高熔点的金属原料放置于坩埚上部，低熔点的金属原料放置于坩埚底部，然后进行抽取真空的操作，待真空度达到5×10-3Pa时，停止抽气，充入纯氩气至真空度为-0.05MPa；3)合金的熔炼：首先进行纯钛锭的熔炼，启动电源，进行引弧，预热3-5分钟后，逐渐加大熔炼电流，待钛锭熔化完全后，熔炼3-5分钟，逐渐减小电流至最小，熄灭电弧；然后进行合金的熔炼，将电极棒转至熔炼坩埚上部，启动电源，进行引弧，预热3-5分钟后，逐渐加大熔炼电流，待原料基本熔化完全，打开磁搅拌开关，对熔体进行磁搅拌，逐渐加大磁搅拌电流，至能看到坩埚底部，进行透底熔炼3-5分钟后，逐渐减小磁搅拌电流至最小，关闭磁搅拌开关，逐渐减少熔炼电流至最小，熄灭电弧，冷却5-10分钟，翻转铸锭；多次重复上述熔炼过程，待冷却至室温后，开炉取出合金铸锭，即得到镍基高温合金Inconel718铸锭。所述原料中的镍板，工业纯铁，及其它的纯金属原料的纯度均大于99.9％，纯氩气的纯度大于99.999％。熔炼过程中，控制电极棒，转动熔炼电弧，使电弧充分扫到熔体的表面。重复熔炼过程过程中，熔炼3-4次后将合金铸锭转移至干净的坩埚内进行熔炼操作。熔炼结束时，电流减到最小后，使电弧充分扫描合金铸锭表面2-3分钟，然后熄灭电弧。开炉取出合金铸锭前，需冷却至室温后，充入空气。有益效果：(1)原材料的清洗，有效降低了杂质的引入，在高纯氩气保护下，先熔炼钛锭，进一步去除炉内氧气，净化炉内空气，防止合金熔炼过程中被氧化。(2)装炉过程中，高熔点金属在坩埚上部，低熔点金属在坩埚底部，有利于原料快速的熔化，减少了低熔点易挥发合金元素的烧损。(3)本专利技术通过采用磁搅拌，多次重复熔炼，保证了各合金原料充分熔化，从而有效减少高熔点金属元素(如铌)的偏析。(4)反复熔炼过程中把合金铸锭转移至干净的坩埚中，可以有效减少杂质的含量，提高了合金铸锭的纯净度。(5)熔炼结束时，使电弧充分扫描合金铸锭表面2-3分钟后再熄灭，有效避免了铸锭局部冷却过快引起裂纹等缺陷。(6)开炉取样前，冷却至室温后，充入空气，防止了铸锭温度过高接触空气而被氧化。(7)本专利技术采用高真空电弧炉，一次装炉即可完成合金的熔炼，工艺简单，操作方便，适合实验室制备小型高纯镍基高温合金铸锭。(8)经过相同热处理工艺后，本专利技术熔炼出的镍基合金Inconel718其力学性能优于传统工艺生产出的该合金。合金的抗拉强度和屈服强度提升5％-10％，合金的塑性得到显著改善。附图说明图1熔炼出的镍基高温合金Inconel718显微组织图。图2相同热处理工艺下的Inconel718的抗拉强度和屈服强度。具体实施方式下面结合具体实施例详细说明本专利技术，但是本专利技术并不局限于具体实施例。实施例一(1)原料的准备：采用的原料有镍板，工业纯铁，高纯铬，高纯铌，高纯铝，高纯钛，高纯钼。镍板及工业纯铁需要进行表面清理，进行磨制和抛光后，用去离子水清洗，在无水乙醇进行超声清洗，烘干，然后按照标准合金成分进行配比。其成分配比为：镍26.911g；铬9.805g；铌2.654g；钼1.462g；钛0.452g；铝0.204g；铁8.512g。(2)装炉：将钛锭放置于电弧炉中心坩埚内，配好的合金原料放入其他熔炼坩埚内，放置规则为，高熔点的金属放置于坩埚上部，低熔点的金属放置于坩埚底部。然后进行抽真空，待真空度达到5×10-3Pa时，停止抽气，充入氩气至-0.05MPa。(3)合金的熔炼：首先进行纯钛锭的熔炼，启动电源，进行引弧，预热3-5分钟后，逐渐加大熔炼电流至250-350mA，待钛锭熔化完全后，熔炼3-5分钟，逐渐减小电流至最小，熄灭电弧。然后进行合金的熔炼，将电极棒转至熔炼坩埚上部，启动电源，进行引弧，预热3-5分钟后，逐渐加大熔炼电流至250-350mA，待原料基本熔化完全，打开磁搅拌开关，对熔体进行磁搅拌，逐渐加大磁搅拌电流，至能看到坩埚底部，进行透底熔炼3-5分钟后，逐渐减小磁搅拌电流至最小，关闭磁搅拌开关，逐渐减少熔炼电流至最小，熄灭电弧，冷却5-10分钟，翻转铸锭。多次重复上述熔炼过程。待冷却至室温后，取出合金铸锭，即得到镍基高温合金Inconel718铸锭。图1为熔炼出的镍基高温合金Inconel718显微组织图。(4)熔炼所得合金的进行化学成分检测，各元素百分含量为镍53.20；铬18.20g；铌5.78；钼2.83；钛0.849；铝0.406；铁18.51；碳0.027；硫0.0068等各元素含量均符合成分标准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)原料的准备：该制备方法熔炼镍基高温合金Inconel718所需的原料有镍板，工业纯的铁、铬、铌、铝、钛、钼，镍板及工业纯铁需要进行表面清理，进行磨制和抛光后，用去离子水清洗，在无水乙醇中进行超声清洗，烘干，然后按照镍基高温合金Inconel718的标准合金成分进行配比；2)装炉：将纯钛锭放置于电弧炉中心坩埚内，配比好的合金原料放入其他熔炼坩埚内；原料的放置规则为，高熔点的金属原料放置于坩埚上部，低熔点的金属原料放置于坩埚底部，然后进行抽取真空的操作，待真空度达到5×10

【技术特征摘要】
1.一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)原料的准备：该制备方法熔炼镍基高温合金Inconel718所需的原料有镍板，工业纯的铁、铬、铌、铝、钛、钼，镍板及工业纯铁需要进行表面清理，进行磨制和抛光后，用去离子水清洗，在无水乙醇中进行超声清洗，烘干，然后按照镍基高温合金Inconel718的标准合金成分进行配比；2)装炉：将纯钛锭放置于电弧炉中心坩埚内，配比好的合金原料放入其他熔炼坩埚内；原料的放置规则为，高熔点的金属原料放置于坩埚上部，低熔点的金属原料放置于坩埚底部，然后进行抽取真空的操作，待真空度达到5×10-3Pa时，停止抽气，充入纯氩气至真空度为-0.05MPa；3)合金的熔炼：首先进行纯钛锭的熔炼，启动电源，进行引弧，预热3-5分钟后，逐渐加大熔炼电流，待钛锭熔化完全后，熔炼3-5分钟，逐渐减小电流至最小，熄灭电弧；然后进行合金的熔炼，将电极棒转至熔炼坩埚上部，启动电源，进行引弧，预热3-5分钟后，逐渐加大熔炼电流，待原料基本熔化完全，打开磁搅拌开关，对熔体进行磁搅拌，逐渐加大磁搅拌电流，至能看到坩埚底部...

【专利技术属性】
技术研发人员：余新泉，张可升，陈锋，张友法，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32