一种高温合金真空自耗熔炼差分电极的制备方法技术

本发明专利技术公开一种高温合金真空自耗熔炼差分电极的制备方法，属于真空自耗熔炼的技术领域。所述制备方法采用真空感应熔炼或真空感应

【技术实现步骤摘要】
一种高温合金真空自耗熔炼差分电极的制备方法


[0001]本专利技术属于高温合金真空自耗熔炼的
，涉及一种高温合金真空自耗熔炼差分电极的制备方法。

技术介绍

[0002]高温合金由于其优异的抗氧化、抗蠕变、抗疲劳、耐磨性和高温强度等性能，被广泛应用于飞机发动机的关键旋转部件。GH4169合金是在航空发动机工业中应用最为广泛的镍基高温合金，已被用于许多飞机发动机部件，如关键旋转部件、翼型、支撑结构和压力阀口，占现代飞机发动机总成品部件质量的30％以上，并具有足够的强度、延展性和高温抗疲劳性能；高温钛合金在航空领域也应用广泛，特别是Ti60钛合金和Ti600钛合金，这两种钛合金都能在600℃的环境下工作。
[0003]众所周知，高温合金的制备方法影响其技术推广和使用。其中，真空电弧重熔(VAR)是一种重要的二次重熔工艺，广泛应用于高温合金中，以细化组织，提高清洁度，减少凝固缺陷。由于高温合金溶质含量很高，在熔化过程极易产生凝固缺陷(如黑斑、溶质偏析或白斑)，严重影响了产品的稳定性。
[0004]虽然通过改进设计和熔炼车间的实践，已经做出了许多改进。在北美，真空感应熔炼(VIM)
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真空电弧重熔(VAR)，是唯一变形高温合金合格的制造方法。随着进一步发展，制造高压涡轮(HPT)盘的VIM、ESR和VAR三级工艺也逐渐在生产中应用。变形部件的中间ESR步骤不仅提供了更小和更少的非金属夹杂物的产品，而且还提供了更好地控制VAR过程中熔化、凝固的可靠、一致的电极。二级、三级工艺目的是产生一个受控的，无偏析的铸锭组织，但不可避免的是，在其熔炼过程中仍存在成分偏析缺陷，尤其在铸锭顶部最后凝固区域。故而，在后续加工过程中，偏析缺陷容易造成裂纹萌生和扩展，影响焊接构件的拉伸和断裂性能、延性、断裂韧性和疲劳寿命。
[0005]例如：中国专利CN105611663A公开了一种真空自耗炉用电极及其焊接方法，所述真空自耗炉用电极包括自耗电极和辅助电极，其特征在于，在自耗电极和辅助电极的中间还连接有过渡电极。显然电极的焊接结构复杂，所制备的真空自耗炉用电极的目的是了为对电极下方的铸锭进行补缩而不是自耗重熔制备高温合金真空自耗熔炼差分电极；如果采用此方式制备，则会存在成分偏析缺陷。
[0006]《GH742Y合金真空自耗锭的偏析及均匀化处理》(吴贵林，王林涛，赵长虹，董健，金槿秀，田树森，庄景云，邓群杜，金辉；《钢铁冶金学报》，2003年第z1期366
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371，共6页)中公开了采用真空感应熔炼+真空自耗重熔所制备的GH742Y合金真空自耗锭的偏析比较严重，需要进行高温均匀化处理；而这会耗费大量的热能，处理时间较长，生产效率降低，不利于工业化生产。
[0007]中国专利CN109355511A公开了一种TiNiFe合金真空自耗熔炼用电极材料及其制备，其电极材料包括两段以上的电极板料，相邻两段电极板料采用高低错位的方式拼接，每段电极板料包括相同数量的电极板料单元，所述电极板料单元为三明治结构的高纯钛板
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高纯铁板
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高纯镍板复合板料；相邻两段电极板料中电极板料单元的拼接方式为高纯钛板
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高纯铁板
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高纯镍板与高纯镍板
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高纯铁板
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高纯钛板对位拼接。显然，该技术中的合金电极材料制备的合金化程度相对较低，组织均匀性较差，制备方式复杂，操作难度大，不利于工业化生产。
[0008]中国专利CN101033512A公开了直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法，显然其中的由直接压制的具有一定凹槽的电极块与适合电极块凹槽形状的高熔点金属棒拼焊组成电极的工艺热能消耗较大，真空自耗熔炼次数较多，拼接结构复杂，操作难度大，不利于工业化生产。
[0009]中国专利CN201608933U公开了一种真空自耗电弧熔炼用电极，该电极由海绵状物料和中间合金网经压制而成，中间合金网的网格采用菱形结构，菱形的边长为10
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20mm，菱形两个边所夹的锐角不小于60
°
，压制而成的电极由海绵状物料层和中间合金网层构成，相邻两个中间合金网层之间为海绵状物料层，且中间合金网层中海绵状物料均匀的镶嵌在中间合金网的菱形孔洞中。其压制结构复杂，对结构的形状和角度要求控制严格，消耗的额外成本较多，组织均匀性较差，不利于工业化生产。
[0010]目前，主要采用控制熔炼参数以减少高温合金的成分偏析，但控制方式相对有限。本专利技术提出一种差分自耗电极技术，通过改变原始自耗电极高度方向溶质浓度分布，以降低真空自耗铸锭顶部偏析程度，提高铸锭质量。

技术实现思路

[0011]本专利技术所要解决的技术问题是如何克服现有技术中的高温合金真空自耗熔炼电极熔炼过程中存在的偏析缺陷，以及制备的高温合金铸锭顶部偏析程度严重的铸锭组织均匀性问题；现有技术中的真空自耗炉用电极的结构复杂，热处理针对的铸锭组织均匀性对制备的高温合金铸锭顶部偏析程度的影响难以预期，熔炼次数较多，制备过程复杂，成本高等。
[0012]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0013]一种高温合金真空自耗熔炼差分电极的制备方法，所述制备方法采用真空感应熔炼或真空感应
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电渣重熔冶炼出不同合金成分的原始电极铸锭，之后根据后续熔炼工艺将其用车床按比例切割，再将切割后的原始电极铸锭进行焊接，最后将其组合成真空自耗熔炼的差分电极。
[0014]优选地，所述制备方法如下步骤所示：
[0015]S1、原始电极铸锭的制备；
[0016]S2、机械加工所述步骤S1中原始电极铸锭的头尾部和表面；
[0017]S3、切割经过所述步骤S2处理的原始电极铸锭，获得不同成分的原始电极块；
[0018]S4、焊接所述步骤S3中的不同成分的原始电极块得到差分电极，将差分电极焊接到假电极上。
[0019]优选地，所述步骤S1中原始电极铸锭的制备为：先根据所要制备的高温合金真空自耗熔炼差分电极计算合金成分，再根据计算结果配备相应的合金用量，之后采用真空感应熔炼或真空感应
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电渣重熔熔炼，最后浇铸得到原始电极铸锭。
[0020]优选地，所述步骤S1中原始电极铸锭的制备具体为：先根据所要制备的高温合金
真空自耗熔炼差分电极通过软件计算合金成分，再根据计算结果配备相应的合金用量并进行原料的选择、称量，之后采用真空感应熔炼或真空感应
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电渣重熔熔炼，最后浇铸得到原始电极铸锭。
[0021]优选地，所述步骤S1中配备合金料的误差不超过1％，低成分铸锭所含关键偏析元素(如元素Nb)含量偏差不超过5％。
[0022]优选地，所述步骤S2中原始电极铸锭的头尾部经过机加工去除，表面经过机加工后满足目视无裂纹、凹凸。
[0023]优选地，所述步骤S2中原始电极铸锭的头尾部经过机加工去除的方式为车床机加工将原始电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温合金真空自耗熔炼差分电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法采用真空感应熔炼或真空感应
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电渣重熔冶炼出不同合金成分的原始电极铸锭，之后根据后续熔炼工艺将其用车床按比例切割，再将切割后的原始电极铸锭进行焊接，最后将其组合成真空自耗熔炼的差分电极。2.根据权利要求1所述的高温合金真空自耗熔炼差分电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下步骤所示：S1、原始电极铸锭的制备；S2、机械加工所述步骤S1中原始电极铸锭的头尾部和表面；S3、切割经过所述步骤S2处理的原始电极铸锭，获得不同成分的原始电极块；S4、焊接所述步骤S3中的不同成分的原始电极块得到差分电极，将差分电极焊接到假电极上。3.根据权利要求2所述的高温合金真空自耗熔炼差分电极的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中原始电极铸锭的制备为：先根据所要制备的高温合金真空自耗熔炼差分电极计算合金成分，再根据计算结果配备相应的合金用量，之后采用真空感应熔炼或真空感应
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电渣重熔熔炼，最后浇铸得到原始电极铸锭。4.根据权利要求3所述的高温合金真空自耗熔炼差分电极的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中原始电极铸锭的制备具体为：先根据所要制备的高温合金真空自耗熔炼差分电极通过软件计算合金成分，再根据计算结果配备相应的合金用量并进行原料的选择、称量，之后采用真空感应熔炼或真空感应<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立峰，任英，姜东滨，张健，周扬，税烺，
申请(专利权)人：北京科技大学成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：