一种电子束精炼浇注超声技术制备高纯细化高温合金的方法技术

本发明专利技术提供一种电子束精炼浇注超声技术制备高纯细化高温合金的方法，包括如下步骤：S1、原材料的预处理；S2、电子束高纯化精炼；S3、合金浇注及超声处理。本发明专利技术实现了高温合金的高纯化细晶制备，制备所得高纯细晶铸锭夹杂物少、偏析程度低，可以进一步提高高温合金的性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种电子束精炼浇注超声技术制备高纯细化高温合金的方法


[0001]本专利技术涉及一种电子束精炼浇注超声技术制备高纯细化高温合金的方法。

技术介绍

[0002]高温合金在工业燃气轮机涡轮叶片用材料中十分重要，其工作环境处于高温、应力和腐蚀环境，极易发生组织粗化和有害相析出，并且在夹杂物或者缺陷富集区易发生开裂，并且相应界面易于成为裂纹扩展的通道。并且细化晶粒是工程上提高金属强度和韧性等力学性能的措施。
[0003]目前高温合金的传统制备方式包括真空感应熔炼、真空自耗熔炼等。这些方法对高温合金熔炼时，夹杂物的分解和去除没有针对性的处理，并且在凝固过程中可能存在气孔导致的缩松等缺陷。
[0004]电子束精炼浇注超声技术是利用高能量的电子束流轰击材料的表面，是应用于高熔点难熔金属及其合金、钛及钛合金的熔炼及提纯材料熔化的一种熔炼方式。本专利技术电子束精炼时，通过调节电子束束流的大小，电子束束斑的尺寸、电子束扫描方式等参数使高温合金熔体表面保持在较高的熔炼温度，在高真空大过热度环境下，高温合金中的夹杂物被分解，杂质元素可以得到有效去除。在精炼结束时，通过吸渣将表面夹杂物去除，开启超声波发生器，待运转稳定后，然后将精炼后的高温合金熔体平稳倒入水冷铜坩埚。待水冷铜坩埚内高温合金完全凝固后，停止超声波发生，得到高纯细化高温合金。

技术实现思路

[0005]根据上述提出的目前高温合金的传统制备方式包括真空感应熔炼、真空自耗熔炼等，这些方法对高温合金熔炼时，夹杂物的分解和去除没有针对性的处理，并且在凝固过程中可能存在气孔导致的缩松等缺陷的技术问题，而提供一种电子束精炼浇注超声技术制备高纯细化高温合金的方法。本专利技术本专利技术提出了一种电子束高纯化精炼与超声处理相结合的方法制备高纯细化高温合金，在电子束精炼末期诱导夹杂物富集在合金边缘并吸渣处理，再将无夹杂的纯净熔体并浇注到超声处理的水冷铜坩埚中，从而达到制备高纯细化高温合金的目的。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种电子束精炼浇注超声技术制备高纯细化高温合金的方法，包括：
[0008]S1、原材料的预处理：
[0009]S11、原材料使用棒状镍钴基高温合金；
[0010]S12、对镍钴基高温合金棒材进行切割、打磨、清洗和烘干，备用；
[0011]S2、电子束高纯化精炼：
[0012]S21、将电子束熔炼炉炉体内清理干净，并对两个水冷铜坩埚进行打磨、抛光和清洁；
[0013]S22、将预处理后的镍钴基高温合金放置在1#水冷铜坩埚正中间，放置后对坩埚周
边使用沾有酒精的棉布擦拭干净，保证熔炼环境的干净后，关闭炉门；
[0014]S23、将循环冷却系统和电子束熔炼设备的控制系统打开，采用机械泵对熔炼室和电子枪室进行抽真空，达到目标真空度；
[0015]S24、熔炼室和电子枪室真空度达到要求后，开启1#电子枪对镍基高温合金进行熔化；待镍基高温合金完全熔化后，进行电子束精炼；
[0016]S25、精炼10min后采用电子束诱导技术去除熔体表面夹杂物，精炼结束后，获得待浇注的高纯熔体；
[0017]S3、合金浇注及超声处理：
[0018]S31、待步骤S26中合金表面夹杂物全部去除后，启动坩埚倾倒装置，将1#水冷铜坩埚中的高纯熔体以50g/min浇注至2#水冷铜坩埚中，开启超声波发生器对2#水冷铜坩埚中的熔体施加超声波，获得细小等轴晶组织；
[0019]S32、倾倒完毕后，将1#水冷铜坩埚恢复至原位置；关闭电子枪高压，降低束流至0mA后关闭电子枪；
[0020]S33、电子束熔炼炉冷却60min后，分两次通入氩气继续对炉体进行冷却，炉体完全冷却后，取出高纯细化高温合金。
[0021]进一步地，所述步骤S11中，棒状镍钴基高温合金的直径为90mm；
[0022]所述步骤S12的具体步骤如下：
[0023]S121、将镍钴基高温合金棒材切割为Φ90mm
×
30mm的圆柱，并将圆柱沿径向切开，去除中心熔炼缺陷，并用砂轮机将带熔炼原料打磨干净，去除表面的污渍及氧化皮；
[0024]S122、分别用去离子水和酒精将打磨后的镍钴基高温合金进行清洗，并使用超声波清洗机清洗干净，再用吹风机将合金吹干，待电子束熔炼使用。
[0025]进一步地，所述步骤S21中，采用手持打磨抛光机对两个水冷铜坩埚表面进行打磨、抛光，去除氧化皮和污渍；再用沾有酒精的棉布擦拭两个水冷铜坩埚以保证坩埚清洁无污染。
[0026]进一步地，所述步骤S23中，采用机械泵对熔炼室和电子枪室抽低真空；当真空达到0～5Pa时，开启高真空系统；开始电子束高纯化精炼时，熔炼室的真空度要求小于5
×
10
‑2Pa～8
×
10
‑2Pa，电子枪室的真空度要求小于8
×
10
‑3Pa～9
×
10
‑3Pa。
[0027]进一步地，所述步骤S24的具体步骤如下：
[0028]熔炼室和电子枪室真空度达到要求后，开启1#电子枪的高压，待电压达到20kV并稳定1min后，缓慢增加束流至200mA，下聚焦为118mA；保持熔炼功率不变，通过螺旋线扫描方式将待精炼原料逐渐熔化，熔融态的原料均匀的分布在1#水冷铜坩埚内部；此时将束流缓慢增加到600mA，采用螺旋线扫描的方式开始精炼。
[0029]进一步地，所述步骤S25中，精炼10min后采用电子束诱导夹杂物聚集，并收弧至铸锭边缘，通过吸渣系统去除熔体表面夹杂物。
[0030]进一步地，所述步骤S31的具体步骤如下：
[0031]待步骤S26中合金表面夹杂物全部去除后，启动坩埚倾倒装置，将1#水冷铜坩埚中的高纯熔体以50g/min速率浇注至2#水冷铜坩埚中，开启超声波发生器，对2#水冷铜坩埚的熔体进行动力学处理，产生空化效应，促使初始晶核脱落、漂移和增殖，或使枝晶熔断、碎断，获得细小等轴晶组织。
[0032]进一步地，在浇注过程中，电子束均匀的扫描在1#水冷铜坩埚中的熔体表面。
[0033]进一步地，所述步骤S32中，倾倒完毕后，深度收弧区含有大量杂质的凝固合金仍留在1#水冷铜坩埚中，实现高纯熔体与杂质的有效分离。
[0034]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0035]1、本专利技术提供的电子束精炼浇注超声技术制备高纯细化高温合金的方法，通过电子束高纯化精炼与超声处理相结合的方法制备高纯细化高温合金，在电子束精炼末期诱导夹杂物富集在合金边缘并吸渣处理，再将无夹杂的纯净熔体并浇注到超声处理的水冷铜坩埚中，从而达到制备高纯细化高温合金的目的。
[0036]2、本专利技术提供的电子束精炼浇注超声技术制备高纯细化高温合金的方法，电子束精炼时，通过调节电子束束流的大小，电子束束斑的尺寸、电子束扫描方式等参数使高温合金熔体表面保持在较高的熔炼温度，在高真空大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子束精炼浇注超声技术制备高纯细化高温合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、原材料的预处理：S11、原材料使用棒状镍钴基高温合金；S12、对镍钴基高温合金棒材进行切割、打磨、清洗和烘干，备用；S2、电子束高纯化精炼：S21、将电子束熔炼炉炉体内清理干净，并对两个水冷铜坩埚进行打磨、抛光和清洁；S22、将预处理后的镍钴基高温合金放置在1#水冷铜坩埚正中间，放置后对坩埚周边使用沾有酒精的棉布擦拭干净，保证熔炼环境的干净后，关闭炉门；S23、将循环冷却系统和电子束熔炼设备的控制系统打开，采用机械泵对熔炼室和电子枪室进行抽真空，达到目标真空度；S24、熔炼室和电子枪室真空度达到要求后，开启1#电子枪对镍基高温合金进行熔化；待镍基高温合金完全熔化后，进行电子束精炼；S25、精炼10min后采用电子束诱导技术去除熔体表面夹杂物，精炼结束后，获得待浇注的高纯熔体；S3、合金浇注及超声处理：S31、待步骤S26中合金表面夹杂物全部去除后，启动坩埚倾倒装置，将1#水冷铜坩埚中的高纯熔体以50g/min浇注至2#水冷铜坩埚中，开启超声波发生器对2#水冷铜坩埚中的熔体施加超声波，获得细小等轴晶组织；S32、倾倒完毕后，将1#水冷铜坩埚恢复至原位置；关闭电子枪高压，降低束流至0mA后关闭电子枪；S33、电子束熔炼炉冷却60min后，分两次通入氩气继续对炉体进行冷却，炉体完全冷却后，取出高纯细化高温合金。2.根据权利要求1所述的电子束精炼浇注超声技术制备高纯细化高温合金的方法，其特征在于，所述步骤S11中，棒状镍钴基高温合金的直径为90mm；所述步骤S12的具体步骤如下：S121、将镍钴基高温合金棒材切割为Φ90mm
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30mm的圆柱，并将圆柱沿径向切开，去除中心熔炼缺陷，并用砂轮机将带熔炼原料打磨干净，去除表面的污渍及氧化皮；S122、分别用去离子水和酒精将打磨后的镍钴基高温合金进行清洗，并使用超声波清洗机清洗干净，再用吹风机将合金吹干，待电子束熔炼使用。3.根据权利要求1所述的电子束精炼浇注超声技术制备高纯细化高温合金的方法，其特征在于，所述步骤S21中，采用手持打磨抛光机对两个水冷铜坩埚表面进行打磨、抛光，去除氧化皮和污渍；再用沾有酒精的棉布擦拭两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭毅，崔弘阳，宁莉丹，白如圣，齐文亮，李明，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：