一种能够实现K4202高温合金晶粒细化的成型方法技术

本发明专利技术涉及一种能够实现K4202高温合金晶粒细化的成型方法。通过将母合金与镍纸包裹的TiC粉末一起放入坩埚，在真空熔炼炉中完成熔炼浇注过程。通过金属液毛细作用以及TiC颗粒自扩散，使得TiC颗粒均匀弥散分布在熔体中，为熔体晶体生长提供异质形核质点。TiC为熔点高且有良好的热稳定性陶瓷颗粒，与镍基合金均为共格界面，与K4202高温合金有着很好的润湿性。TiC的引入避免了传统细化剂通过中间合金引入而带入杂质和改变化学成分的风险。K4202高温合金晶粒尺寸得到巨大改善，提高了其700℃高温及室温力学性能。除此之外，本发明专利技术流程简单，经济高效，完全符合工业实际生产，对同类合金的晶粒细化有重要参考价值。的晶粒细化有重要参考价值。的晶粒细化有重要参考价值。

【技术实现步骤摘要】
一种能够实现K4202高温合金晶粒细化的成型方法


[0001]本申请涉及镍基高温合金铸件材料晶粒细化的
，特别是一种能够实现K4202高温合金晶粒细化的成型方法。

技术介绍

[0002]K4202高温合金属于镍基高温合金，具有优异的高温力学性能，目前广泛应用于航空、航天、核动力等重要领域。其中，航天用某型重要零部件材质为K4202高温合金，通过熔模精密铸造技术生产制备。然而，熔模铸造高温合金铸件大都存在着晶粒粗大和组织不均匀，以及伴生着偏析增大和缩孔增多现象，降低了铸件的疲劳性能可靠性，力学性能数据分散，解决这一系列问题的关键在于减小晶粒尺寸，获得均匀的细晶铸件。高温合金细晶铸造可使铸件获得细小、均匀的等轴晶，从而提高铸件的中、低温低周疲劳性能，并显著减小铸件力学性能数据的分散度，从而提高铸件的设计容限。
[0003]名称为“一种高温合金晶粒的细化方法”的中国专利CN109385546A中通过提供梯度磁场和惰性气体的环境，对高温合金进行熔融处理和冷却从而达到合金晶粒细化的目的。然而这种方法成本高、复杂不宜于工业化生产。名称为“一种高温合金晶粒细化方法”的中国专利CN111230015A中介绍了一种通过不同温度下的锻造工艺实现高温合金晶粒细化的方法。然而这种锻造工艺方法流程复杂繁琐，且生产产品种类受限，不适合复杂叶轮类零件产品的生产。
[0004]因此，亟需一种流程简单、低廉高效的高温合金晶粒细化方法，为K4202高温合金在铸造工业上的应用、对K4202高温合金铸件产品性能的提高提供参考和帮助。<br/>
技术实现思路

[0005]本申请提供一种能够实现K4202高温合金晶粒细化的成型方法，其不需要大幅度更改生产工艺技术、流程简单、低廉高效，仅通过调整合金熔炼时TiC粉末的添加便可降低合金的晶粒尺寸，同时提高合金的高温力学性能。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种K4202高温合金的晶粒细化方法，包括以下步骤：
[0007](1)制备成型试棒蜡模以及浇注系统蜡模；
[0008](2)蜡模表面精修并将试棒蜡模与浇注系统蜡模进行组合，以制备模壳；
[0009](3)900℃～1000℃下对模壳高温焙烧并保温3h以上；
[0010](4)按比例称取K4202高温合金棒料、TiC粉末，并对合金棒料进行吹砂、烘干处理；
[0011](5)在坩埚中投入K4202高温合金棒料以及镍箔包裹的TiC粉末，然后置于真空熔炼炉加热至完全熔化；
[0012](6)待合金液温度升至1435～1445℃时，将熔融金属液浇注入模壳中成型。
[0013]优选地，所述步骤(2)中模壳制备过程控制生产环境温湿度要求环境温度：23
±
2℃；沾浆、控浆、淋砂过程控制要求：沾浆时模组浸入浆液时间约70～90s；控浆时间在1～
2min，控浆过程中，浇口杯朝上进行缓慢旋转；撒砂种类及目数要求：面层：80/100目锆英砂，相对湿度：55％～65％，干燥时间：36h～42h；第二层～第三层：40/60目上店砂，相对湿度：40％～60％，干燥时间：22h～26h；第四层～第六层：20/40目上店砂，相对湿度：40％～60％，干燥时间：22h～26h；第七层：封浆，相对湿度：40％～60％，干燥时间：≥48h。
[0014]优选地，所述步骤(3)中模壳保温温度及出炉温度均为900℃～1000℃，模壳出炉到浇注的时间间隔控制在8～15min之间。
[0015]优选地，所述步骤(5)中TiC粉末的加入量为步骤(5)中K4202高温合金总质量的1％～2.5％。
[0016]优选地，所述步骤(5)中，镍纸包裹的TiC粉末与K4202高温合金夹持或捆绑在一起，同时在真空炉中进行熔炼。
[0017]优选地，镍纸的长度为120～180mm，镍纸的宽度为80～120mm，镍纸的厚度小于或等于0.1～0.5mm。
[0018]优选地，所述步骤(5)中熔炼过程以及步骤(6)中浇注过程均需保持熔炼炉内真空状态，真空度≤7.5
×
10
‑
2Torr。
[0019]优选地，所述步骤(6)中浇注时合金液温度保持在1435～1445℃。
[0020]优选地，所述步骤(6)中浇注过程时间控制在3～8s。
[0021]本专利技术提供的K4202高温合金晶粒细化方法有以下优点：
[0022]本专利技术提供的K4202高温合金晶粒细化方法与传统添加细化剂方式不同，传统添加细化剂的方式大多通过中间合金，而本专利技术直接添加纯TiC粉末，TiC为熔点高且有良好的热稳定性陶瓷颗粒，与镍基合金均为共格界面，与K4202高温合金有着很好的润湿性，且TiC的引入不会改变K4202高温合金化学成分，避免了传统细化剂通过中间合金引入而带入杂质和改变化学成分的风险。。通过将母合金与镍纸包裹的TiC粉末一起放入坩埚，在真空熔炼过程中通过金属液毛细作用以及TiC颗粒自扩散，使得TiC颗粒均匀弥散分布在熔体中，为熔体晶体生长提供异质形核质点，达到细化晶粒的效果。通过添加TiC粉末细化处理后的K4202高温合金其700℃高温力学性能及室温力学性能都得到大幅提高，组织及性能改善效果显著。此外，本专利技术提供的K4202高温合金晶粒细化方法贴合工业上高温合金铸件的实际生产过程，操作简单，经济高效，节约能源，具有较好的应用前景。
附图说明
[0023]图1为是实施例1中所得K4202高温合金晶粒宏观组织照片。
[0024]图2为是实施例2中所得K4202高温合金晶粒宏观组织照片。
[0025]图3为是实施例3中所得K4202高温合金晶粒宏观组织照片。
[0026]图4为是同批母合金棒料下未添加TiC粉末熔铸后得到的原始K4202高温合金晶粒宏观组织照片。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述。
[0028]下面通过本专利技术的三个实施例对本专利技术提供的细化高温合金晶粒组织的方法进行清楚、完整的说明。
[0029]实施例1
[0030]首先，按照说明书步骤制备成型试棒以及浇注系统蜡模，对蜡模表面精修并将试棒蜡模与浇注系统蜡模进行组合，组合后制备模壳，将模壳置于焙烧炉中，在900℃～1000℃下对模壳高温焙烧并保温6h。母合金配料准备：称取21.2kg的K4202母合金棒料、212g的镍箔包裹的TiC粉末，对母合金进行吹砂和烘干处理。K4202高温合金由以下组分按照重量百分比(wt.％)组成：C：≤0.080、S：≤0.010、P：≤0.015、Si：≤0.60、Mn：≤0.50、Cr：17.00～20.00、Ti：2.20～2.80、W：4.00～5.00、Mo：4.00～5.00、Al：1.00～1.50、Fe：≤4.00，余量为Ni及不可避免的杂质。
[0031]随后将配料装入真空熔炼炉坩埚中，在真空条件下进行熔炼，合金液温度升至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能够实现K4202高温合金晶粒细化的成型方法，其特征在于，包括：制备成型试棒蜡模以及浇注系统蜡模；蜡模表面精修并将试棒蜡模与浇注系统蜡模进行组合，以制备模壳；900℃～1000℃下对模壳高温焙烧并保温3h以上；按比例称取K4202高温合金棒料、TiC粉末，并对合金棒料进行吹砂、烘干处理；在坩埚中投入K4202高温合金棒料以及镍箔包裹的TiC粉末，然后置于真空熔炼炉加热至完全熔化；待合金液温度升至1435～1445℃时，将熔融金属液浇注入模壳中成型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备模壳的过程控制要求：生产环境温度23
±
2℃；沾浆、控浆、淋砂过程控制要求：沾浆时模组浸入浆液时间约70～90s；控浆时间在1～2min，控浆过程中，浇口杯朝上旋转；撒砂种类及目数要求：面层：80/100目锆英砂，相对湿度：55％～65％，干燥时间：36h～42h；第二层～第三层：40/60目上店砂，相对湿度：40％～60％，干燥时间：22h～26h；第四层～第六层：20/40目上店砂，相对湿度：40％...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏居，樊占超，纪艳卿，常玎凯，焦自翔，谢晋，任新苗，
申请(专利权)人：西安航天发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：