高铬镍基铸造高温合金的真空冶炼方法技术

发明专利技术涉及合金冶炼方法，具体涉及一种高铬镍基铸造高温合金的真空冶炼方法。所述方法是将占高温合金总含碳质量1/3的石墨加入到真空炉坩埚内，置于坩埚最底部，然后向真空炉坩埚内加入铬和镍，升温至1500～1520℃冶炼20～30min；再加入除铬、铝、钛、硼之外的高温合金中的所有元素进行冶炼；温度升至1570～1590℃，向坩埚内加入1/3的石墨，精炼；温度升至1550～1570℃，加入剩余的石墨进行精炼；降温至1360～1380℃；加入铝、钛；加入镍硼合金；冷冻金属熔液、过滤、浇注。本发明专利技术提高了高铬镍基铸造高温合金的持久性能和室温拉伸性能，进一步纯净金属熔液，从而得到高质量的高铬镍基铸造高温合金。

Vacuum smelting method for casting high chromium nickel base superalloy

The invention relates to alloy smelting method, particularly relates to a casting high Cr Ni base superalloy vacuum smelting method. The method is of high temperature alloy will account for the total carbon mass of 1/3 graphite into vacuum furnace crucible, crucible in the bottom, and then to the chromium and Nickel Crucible in vacuum furnace, heating to 1500~1520 Deg. C smelting 20 ~ 30min; then add all elements in high temperature alloy except chromium, aluminum, titanium and boron in the temperature rose to 1570~1590 degrees Celsius, smelting; refining to join 1/3 graphite crucible; temperature to 1550~1570 DEG C, adding the remaining graphite refining; cooling to 1360~1380 DEG C; adding aluminum and titanium; nickel boron alloy; freezing, filtering, pouring molten metal. The invention improves the casting high Cr Ni base superalloy durability and tensile properties at room temperature, further purifying the molten metal, so as to obtain high quality high Cr Ni base superalloy.

【技术实现步骤摘要】
高铬镍基铸造高温合金的真空冶炼方法
本专利技术涉及合金冶炼方法，具体涉及一种高铬镍基铸造高温合金的真空冶炼方法。
技术介绍
航空航天以及民用高温合金真空冶炼的技术难点在于，严格控制合金中的气体含量(氧，氮，氢)，目前按照企业标准，许多合金中氧、氮含量一般在20ppm左右。只有降低合金中的有害杂质含量，减少合金元素的偏析，提高合金熔液的纯净度，才能达到提高合金的使用性能和寿命。然而，真空冶炼过程是一个十分复杂的热加工工艺过程，任何一个工艺步骤的设计都会对合金的气体含量，杂质含量以及合金的性能有重要影响。合金中的O，N，S在合金溶液中会形成非金属夹杂物，如(Al2O3)，(Ti，Ta)C/N，(Ti，Ta)S合金中非金属夹杂物的多少和形态都会对合金综合性能有重大影响。此外合金熔液的纯净度是衡量母合金锭质量和制造水平的重要指标。真空冶炼中是以碳为主要脱氧元素，由于碳的分解反应而达到将金属溶液的氧脱除，从而达到减少合金中的气体含量，纯净金属溶液，提高合金质量的目的。随着碳脱氧反应的进行，一氧化碳气体的溢出，将合金中的氢、氮有害气体带出。氧含量越低，金属熔液更易蒸发，合金中的低熔点有害杂质元素也易于排除。因而，脱氧是真空冶炼过程的一个关键步骤，脱氧效果直接决定了合金中的有害杂质含量，决定着能否提高合金使用性能和寿命。在航空使用的合金中，尤其是制备燃气涡轮发动机和航空发动机采用的合金中一般含有大量的铬元素，因为高的铬含量会能提高合金的抗氧化性能和耐热腐蚀性。但是，高的铬含量会增加合金中Cr的体心立方α-Cr相和铬的碳化物(M23C6，M7C3等)析出，会对合金的力学性能产生重要的影响。随着C和Cr含量的增加，碳化物也相应增加，其力学性能的损失更加严重，因此，解决高的铬含量导致的析出问题就显得非常重要。鉴于目前现有技术的情况，亟需开发一种化学成分均匀、低熔点元素烧损及挥发少、合金持久性能和室温拉伸性能强的高铬镍基铸造高温合金的真空冶炼方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种脱氧效果好、化学成分均匀、合金持久性能和室温拉伸性能强的高铬镍基铸造高温合金的真空冶炼方法。本专利技术所述的镍基高温合金的真空冶炼方法，包括以下步骤：(1)第一步碳脱氧：首先，将占高温合金总含碳质量1/3的石墨加入到真空炉坩埚内，置于坩埚最底部，然后向真空炉坩埚内加入铬和镍，升温至1500～1520℃冶炼20～30min；再加入除铬、铝、钛、硼之外的高温合金中的所有元素进行冶炼；(2)第二步碳脱氧：温度升至1570～1590℃，向坩埚内加入1/3的石墨，精炼；(3)第三步碳脱氧：控制温度1550～1570℃，加入剩余的石墨进行精炼；(4)降温脱气：降温，温度降至1360～1380℃；(5)加入铝、钛：加入铝、钛，升温至铝、钛全部熔化；(6)加入镍硼合金：保持温度1410～1430℃，向其中加入镍硼合金，升温至镍硼合金熔化，得到金属熔液；(7)冷冻金属熔液、过滤、浇注：降温，待温度降至1360～1380℃，再升温至1450～1470℃，采用陶瓷过滤器一边过滤一边浇注。其中：石墨为TSC高纯石墨光谱电极，破碎至2～5mm的颗粒。步骤(1)加入除铬、铝、钛、硼之外的高温合金中的所有元素进行冶炼，冶炼温度1560～1580℃，冶炼时间20～30min。步骤(2)金属熔液温度升至1570～1590℃，向坩埚内加入1/3的石墨，于功率80kW下精炼10min。步骤(3)控制金属熔液温度1550～1570℃，向坩埚内加入剩余的石墨，于功率80kW下精炼10min。步骤(4)降温为停电自然降温。升温至铝、钛全部熔化后，再搅拌3～5min。升温至镍硼合金全部熔化后，再搅拌3～5min。加入铝、钛、镍硼合金时的真空度≤0.1Pa。镍硼合金的硼含量为17～20％。步骤(7)冷冻金属熔液采用分阶段降温的形式：第一阶段：以5～10℃/min的降温速度降温至1480～1500℃；第二阶段：以15～20℃/min的降温速度降温至1360～1380℃。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术首先将占高温合金总含碳质量1/3的石墨加入到真空炉坩埚内，置于坩埚最底部，然后向真空炉坩埚内加入铬和镍，升温至1500～1520℃冶炼20～30min，再加入除铬、铝、钛、硼之外的高温合金中的所有元素进行冶炼。先加入铬、镍与石墨进行熔炼再加入其他元素，能够将铬的碳化物和α-Cr相包覆在其他元素中间，减少析出现象，提高了合金的持久性能和室温拉伸性能，合金的综合力学性能及合金的质量均达到国内外优质合金的水平。2、本专利技术采用三次加碳脱氧工艺、降温脱气工艺和分阶段冷冻金属熔液工艺，最大限度的降低了高温合金中O，N，H有害气体的含量和低熔点有害杂质的含量，达到纯净合金熔液，减少合金元素的偏析，保证合金性能的目的。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术做进一步描述。实施例1按照K4648合金的标准采用本专利技术的真空冶炼方法进行生产，其化学成分如表1所示，性能参数如表2所示。以200Kg真空炉为例，本专利技术的真空冶炼方法如下：(1)第一步碳脱氧：首先，将占高温合金总含碳质量1/3的石墨加入到真空炉坩埚内，置于坩埚最底部，然后向真空炉坩埚内加入铬和镍，升温至1510±10℃冶炼25min；再加入除铬、铝、钛、硼之外的高温合金中的所有元素进行冶炼，冶炼温度1570±10℃，冶炼时间25min；石墨为TSC高纯石墨光谱电极，破碎至2～5mm的颗粒；(2)第二步碳脱氧：温度升至1580±10℃，向坩埚内加入1/3的石墨，于功率80kW下精炼10min；(3)第三步碳脱氧：温度升至1560±10℃，加入剩余的石墨，于功率80kW下精炼10min；(4)降温脱气：降温，温度降至1370±10℃；(5)加入铝、钛：加入铝、钛，升温至铝、钛全部熔化，再搅拌5min；(6)加入镍硼合金：保持温度1420±10℃，向其中加入镍硼合金，升温至镍硼合金熔化，再搅拌5min，得到金属熔液；(7)冷冻金属熔液、过滤、浇注：冷冻金属熔液采用分阶段降温的形式：第一阶段：以8±2℃/min的降温速度降温至1490±10℃；第二阶段：以18±2℃/min的降温速度降温至1370±10℃。升温至1460±10℃，采用陶瓷过滤器一边过滤一边浇注。加入铝、钛、镍硼合金时的真空度≤0.1Pa。镍硼合金的硼含量为20％。表1实施例1合金成分参数表元素CSiMnPSCrFeMoW标准0.03/0.1≤0.30≤0.30≤0.01≤0.0132.0/35≤0.502.30/3.54.30/5.5实测0.0570.0230.0040.0040.000532.550.0812.685.14元素NbTiAlBCeNiON标准0.70/1.30.70/1.30.70/1.3≤0.008≤0.03余//实测0.981.041.030.0040.0001余3ppm2.5ppm用德国进口ON900型氧氮分析仪测定氧氮含量。表2实施例1合金性能参数表实施例2以200Kg真空炉为例，本专利技术的真空冶炼方法如下：(1)第一步碳脱氧：首先，将占高温合金总含碳质量1/3的石墨加入到真空炉坩埚内，置于坩埚最底部，然后向真空炉坩埚内加入铬和镍，升温至1500±10℃冶炼30min；再加入除铬、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高铬镍基铸造高温合金的真空冶炼方法，其特征在于包括以下步骤：(1)第一步碳脱氧：首先，将占高温合金总含碳质量1/3的石墨加入到真空炉坩埚内，置于坩埚最底部，然后向真空炉坩埚内加入铬和镍，升温至1500～1520℃冶炼20～30min；再加入除铬、铝、钛、硼之外的高温合金中的所有元素进行冶炼；(2)第二步碳脱氧：温度升至1570～1590℃，向坩埚内加入1/3的石墨，精炼；(3)第三步碳脱氧：控制温度1550～1570℃，加入剩余的石墨进行精炼；(4)降温脱气：降温，温度降至1360～1380℃；(5)加入铝、钛：加入铝、钛，升温至铝、钛全部熔化；(6)加入镍硼合金：保持温度1410～1430℃，向其中加入镍硼合金，升温至镍硼合金熔化，得到金属熔液；(7)冷冻金属熔液、过滤、浇注：降温，待温度降至1360～1380℃，再升温至1450～1470℃，采用陶瓷过滤器一边过滤一边浇注。

【技术特征摘要】
1.一种高铬镍基铸造高温合金的真空冶炼方法，其特征在于包括以下步骤：(1)第一步碳脱氧：首先，将占高温合金总含碳质量1/3的石墨加入到真空炉坩埚内，置于坩埚最底部，然后向真空炉坩埚内加入铬和镍，升温至1500～1520℃冶炼20～30min；再加入除铬、铝、钛、硼之外的高温合金中的所有元素进行冶炼；(2)第二步碳脱氧：温度升至1570～1590℃，向坩埚内加入1/3的石墨，精炼；(3)第三步碳脱氧：控制温度1550～1570℃，加入剩余的石墨进行精炼；(4)降温脱气：降温，温度降至1360～1380℃；(5)加入铝、钛：加入铝、钛，升温至铝、钛全部熔化；(6)加入镍硼合金：保持温度1410～1430℃，向其中加入镍硼合金，升温至镍硼合金熔化，得到金属熔液；(7)冷冻金属熔液、过滤、浇注：降温，待温度降至1360～1380℃，再升温至1450～1470℃，采用陶瓷过滤器一边过滤一边浇注。2.根据权利要求1所述的高铬镍基铸造高温合金的真空冶炼方法，其特征在于：石墨为TSC高纯石墨光谱电极，破碎至2～5mm的颗粒。3.根据权利要求1所述的高铬镍基铸造高温合金的真空冶炼方法，其特征在于：步骤(1)加入除铬、铝、钛、硼之外的高温合金中的所有元素进行冶炼，冶炼温度1560～1580℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道乾，李化坤，殷凤仕，苗本娟，贾成建，袁超，班国良，刘玉廷，
申请(专利权)人：山东瑞泰新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37