一种高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺制造技术

本发明专利技术涉及高温合金熔铸工艺领域，具体为一种高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺。该工艺包括以下步骤：(1)制备具有表面无氧化皮等缺陷的母合金锭，合金锭表面需处理至露出金属光泽；(2)利用氧化镁、氧化锆、氧化铝或镁铝坩埚等氧化物陶瓷坩埚熔铸合金锭，冷埚或热埚放料；(3)将合金锭加入到坩埚前需将真空抽至10Pa以下，加料完成后大功率送电至合金化清；(4)合金化清时表面浮渣占比低于5％。(5)合金化清后，直接提温到浇铸温度进行零部件浇铸。采用本发明专利技术方法熔铸高温合金，可以有效抑制合金二次熔铸过程中表面浮渣，降低因浮渣造成的零件报废，提升高温合金零部件生产效率及合格率。合格率。

【技术实现步骤摘要】
一种高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺

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[0001]本专利技术涉及高温合金熔铸工艺领域，具体为一种高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺。

技术介绍
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[0002]高温合金是制造先进航空发动机核心部件的关键材料，其纯净度和性能稳定性是决定航空发动机部件制造成本和可靠性的重要指标。铸造高温合金纯净度主要控制两个方面：第一方面是合金中微量有害杂质元素的含量，另一方面是合金在熔炼或二次熔铸过程中夹杂物的含量控制。近些年来，由于设备的进步以及相应冶炼水平的提升，高温合金杂质元素含量已经可以控制到较低水平，比如：O、N、S等元素已经可以达到10ppm以下，并且已经有证据表明，合金中有害元素的降低会提升合金的性能。此外，合金中夹杂物因会成为合金变形过程的裂纹源而降低合金的力学性能，如：拉伸性能、持久蠕变性能以及疲劳性能等，在高温合金中需要严格控制。
[0003]目前控制夹杂物产生的方法主要为控制原材料以及熔炼过程中陶瓷辅材等，并通过浇注过程的溜槽等系统对浮渣进行过滤，达到降低合金中夹杂物的目的。长久以来，二次熔铸铸造高温合金过程中极易出现表面浮渣，通常通过高温精炼减少合金表面浮渣，一方面降低了铸件生产效率，同时导致易挥发元素(如：Al、Ti、Cr)以及关键有益微量元素(如：C、La、Y、Ce等)的含量难以精确控制，从而影响合金最终性能。此外，当合金中表面浮渣较多时，一旦浮渣控制不佳，会严重影响所生产部件的成品率及其可靠性。

技术实现思路
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[0004]本专利技术的目的在于提供一种高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺，该方法利用周期炉或半连续炉熔铸在不同的铸造高温合金体系中抑制浮渣效果明显，可操作性强，并可在实际生产中使用本专利技术方法抑制浮渣。
[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]一种高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺，使用纯净高温合金锭，在氧化物陶瓷坩埚内，周期炉或半连续炉中，通过控制加料方式、加料时间、通电功率过程，达到抑制高温合金化清后合金表面浮渣的目的，合金化清时表面浮渣面积低于5％。
[0007]所述的高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺，周期炉或半连续炉的漏气率要求低于20Pa/h，极限真空度要求达到10Pa以下。
[0008]所述的高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺，采用砂轮、圆周切、锯床或线切割方法切割合金锭，要求切割完后表面进行无火花打磨处理，表面无油污，合金锭全表面露出金属光泽。
[0009]所述的高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺，使用等静压预成型坩埚或打结工艺制备的坩埚，坩埚材料为氧化镁、氧化铝、氧化锆或者镁铝坩埚材料。
[0010]所述的高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺，利用周期炉或半连续炉转塔
加料。
[0011]所述的高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺，真空度达到10Pa以下时加高温合金锭，合金锭进入坩埚后送电，送电功率要求20～100kW，待合金开化后改用小功率1～30kW至合金化清。
[0012]所述的高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺，合金锭为高温合金材料，合金中含有Ni、Co、Cr、Mo、W、Al、Ti、Nb、Ta、C、B、Zr、Hf元素中的一种或两种以上。
[0013]所述的高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺，合金化清后直接提温到浇铸温度，然后浇铸，无需进行高温精炼。
[0014]所述的高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺，该工艺成功抑制高温合金二次熔铸过程中浮渣，用于铸造高温合金铸件生产或性能测试样品的制备，提高铸造高温合金生产效率和可靠性。
[0015]本专利技术的设计思想是：
[0016]首先，制备具有表面无氧化皮等缺陷的母合金锭，母合金锭表面需处理至露出金属光泽，保证合金锭表面无氧化，从而避免合金锭引入浮渣的可能性；其次，利用周期炉或半连续炉，在真空达到目标值后利用转塔放料，通过氧化镁、氧化锆、氧化铝或镁铝坩埚等氧化物陶瓷坩埚熔铸合金锭，使用冷埚或热埚放料，将母合金锭加入到坩埚前需将真空抽至2Pa以下；加料完成后，利用大功率送电加热，待合金开化后改用小功率至合金化清，尽可能减少合金锭氧化产生浮渣的可能性；最后，合金化清后直接提温，达到浇铸温度后进行零部件浇铸。从而，显著降低了铸造高温合金二次熔铸过程中表面浮渣的形成倾向。
[0017]本专利技术的优点及有益效果是：
[0018]1、传统方法通过高温精炼以及机械处理的方法减少表面浮渣，抑制浮渣的效果差，并且由于高温精炼会导致合金中易挥发元素控制难度加大，进而影响合金性能。本专利技术从浮渣形成的原因出发，通过工艺过程创新，形成了一种新的抑制二次熔铸高温合金表面浮渣的工艺方法，该方法对表面浮渣形成的控制效果明显。
[0019]2、本专利技术利用周期炉或半连续炉进行操作，不需要对设备进行额外改造。
[0020]3、本专利技术可以用于所有高温合金材料以及其它有色金属材料熔铸过程的表面浮渣控制。
附图说明：
[0021]图1(a)
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(d)为利用本专利技术工艺在10kg周期炉中熔铸M951合金时，合金依次从开化到化清熔体表面的状态形貌图。
[0022]图2为利用本专利技术工艺在10kg周期炉中熔铸高Al、Ti含量合金K417G时，合金化清后熔体表面的状态形貌图。
[0023]图3为利用本专利技术工艺在25kg半连续炉熔铸M951合金化清时表面熔体的状态形貌图。
具体实施方式：
[0024]在具体实施过程中，本专利技术抑制高温合金熔铸过程浮渣产生的工艺具体过程如下：
[0025]首先，采用真空感应熔炼制备目标成分高温合金锭，合金锭表面要经过磨抛处理，无氧化物夹杂、表面氧化皮等缺陷。利用砂轮锯切割合金锭，将切割后的表面进行抛光，抛光后的合金锭固定于半连续或周期炉的转塔中。
[0026]其次，合炉抽真空，设备配有机械泵、罗茨泵和扩散泵，待真空度达到10Pa以下通过转塔将合金锭放入坩埚中，坩埚状态为冷埚或热埚。合金锭放入坩埚后送电加热，待合金锭化清后继续送电提温，达到浇铸温度后将合金液浇铸到型壳中。
[0027]周期炉的型壳提前放入炉中，半连续炉中的型壳待熔炼达到浇温后置于炉中。
[0028]下面，通过实施例对本专利技术进行进一步详细阐述。
[0029]实施例1
[0030]本实施例中，选用典型高钨铸造高温合金M951，利用10kg周期炉进行熔铸，按照本专利技术技术方案中所描述的方法制备M951镍基铸造高温合金锭，使用砂轮锯进行切割，切割完成后利用砂带锯清除合金锭表面所有缺陷、氧化皮等。将合金锭固定到10kg周期炉的转塔上，利用转塔加料。将预热900℃的型壳提前放入到周期炉中，合炉抽真空至周期炉内气压达到2Pa后，利用转塔将M951合金锭放入到氧化镁陶瓷坩埚中，并送电加热，送电功率为40kW。送电6分钟后合金锭底部开化，改用小功率为20kW，开化2分钟后合金锭化清。如图1所示，M951合金开化到化清过程中表面熔体演化形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺，其特征在于，使用纯净高温合金锭，在氧化物陶瓷坩埚内，周期炉或半连续炉中，通过控制加料方式、加料时间、通电功率过程，达到抑制高温合金化清后合金表面浮渣的目的，合金化清时表面浮渣面积低于5％。2.按照权利要求1所述的高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺，其特征在于，周期炉或半连续炉的漏气率要求低于20Pa/h，极限真空度要求达到10Pa以下。3.按照权利要求1所述的高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺，其特征在于，采用砂轮、圆周切、锯床或线切割方法切割合金锭，要求切割完后表面进行无火花打磨处理，表面无油污，合金锭全表面露出金属光泽。4.按照权利要求1所述的高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣的工艺，其特征在于，使用等静压预成型坩埚或打结工艺制备的坩埚，坩埚材料为氧化镁、氧化铝、氧化锆或者镁铝坩埚材料。5.按照权利要求1所述的高效抑制高温合金熔铸过程表面浮渣...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛乃成，范世钢，孙士杰，桑志茹，侯桂臣，王振江，荀淑玲，周亦胄，孙晓峰，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：