一種鎳基高溫合金真空感應熔煉方法技術

本發明專利技術公開了一種鎳基高溫合金真空感應熔煉方法,首先按照Ni、Fe、C、Mo或MoFe、Ni的順序依次將以上原料在坩堝中由下到上排布，進行熔化熔煉；待爐內物料全部化清，熔體表面平靜后，進行初次精煉；然后在溶體中加入強氮化物形成元素進行二次精煉，最后加入微量和易揮發元素，攪拌至微量合金完全熔化后澆注，即完成合金熔煉。本發明專利技術熔煉方法具有優異的脫氮效果，采用本發明專利技術方法制備得到的鎳基高溫合金其氮含量相對與現有方法顯著降低，大大擴展了鎳基高溫合金的應用領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于有色金屬領域，涉及一種鎳基高溫合金真空感應熔煉方法。
技術介紹
真空感應熔煉作為鎳基高溫合金的第一次熔煉工序對于合金鑄錠成分有著重要影響。鎳基高溫合金中通過含有大量的氮化物形成元素，導致在熔煉過程中氣體元素氮無法在精煉期有效的去除，因此如何脫去高溫合金熔體中的氮元素一直高溫合金真空感應熔煉的一個重要方向。在鎳基高溫合金中，當N元素含量較高時，會形成氮化物夾雜，這些氮化物夾雜會成分裂紋產生及擴展通道，會對合金的疲勞、持久和蠕變等核心力學性能有著至關重要的影響，降低其含量對于提高合金的力學性能和可靠性有顯著改善，提高其使用性能的重要途徑。因此提高鎳基高溫合金真空感應脫氮的效果，對于提高高溫合金質量有重要意義。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種鎳基高溫合金真空感應熔煉方法，以降低鎳基高溫合金中氮元素的含量。本專利技術所采用的技術方案是，一種鎳基高溫合金真空感應熔煉方法，具體按以下步驟實施：步驟1，合金熔化：對所需金屬原料進行表面處理，按照Ni、Fe、C、Mo或MoFe、Ni的順序依次將以上原料在坩堝中由下到上排布，然后將坩堝置于真空感應爐進行熔煉，當爐室真空度小于0.1Pa時，開始送電熔煉；步驟2，初次精煉：待爐內物料全部化清，熔體表面平靜后，開始初次精煉，初次精煉過程中真空度小于1Pa時進行一次取樣測量，測試熔體中的氮元素含量，當其含量小于目標值時初次精煉結束；步驟3，二次精煉：初次精煉結束后，停電降溫至熔體液面結膜，按照所熔煉合金的成分要求依次加入強氮化物形成元素；加入物料熔化完成后，進行二次精煉，精煉末期保證爐室內真空度小于1Pa，結束二次精煉期；步驟4，澆注：二次精煉結束后，停電降溫至熔體液面結膜，對真空感應爐充氬氣到15-30kPa，然后按照所熔煉合金的成分要求加入微量和易揮發元素，攪拌至微量合金完全熔化后澆注，即完成合金熔煉。本專利技術的特點還在于，步驟1中坩堝中排布金屬原料的用量為：20％-30％Ni、100％Fe、100％C、100％Mo或100％MoFe、20％-50％Ni，原料熔化過程中加入剩余Ni。步驟1中熔煉過程中慢速階梯狀升功率，功率遞增頻率為3kW/min；熔化速度小于等于1/4最大爐容量/h。步驟2中初次精煉具體為：調整熔體溫度到1450-1480℃精煉10-30min；精煉過程中每隔5min進行一次3min的攪拌。步驟3中強氮化物形成元素為Cr、Nb、Ti、Al。步驟3中二次精煉具體為：調整熔體溫度到1430-1450℃精煉10-30min，精煉過程中每隔5min進行一次3min的攪拌。步驟4中微量和易揮發元素為加入B、P、Zr、Mg。步驟4中澆注溫度為1450-1480℃。本專利技術的有益效果是，本專利技術方法通過：1)合理的選擇加料順序，延遲了氮化物形成元素的加入時間。2)降低熔體的精煉溫度，降低游離態氮元素在熔煉中的脫除效果，同時降低熔體與坩堝發生反應的概率，盡量降低帶入坩堝中夾雜物的風險，同時對于合金熔體分階段進行精煉。3)加強在熔煉過程中的攪拌，有利于氣體元素的擴散，增大熔體脫氣的表面積。4)使用高真空系統，將精煉末期熔煉室的真空度控制在3Pa以下，使得高溫合金的氮含量顯著降低。本專利技術熔煉方法具有優異的脫氮效果，采用本專利技術方法制備得到的鎳基高溫合金其氮含量相對與現有方法顯著降低，大大擴展了鎳基高溫合金的應用領域。具體實施方式下面結合具體實施方式對本專利技術進行詳細說明。本專利技術提供了一種鎳基高溫合金真空感應熔煉方法，具體按以下步驟實施：步驟1，合金熔化：1.1將符合國家標準的優質電解鎳、電解鈷、純鉻、純鐵、純鎢等進行表面處理，處理完成后表面應潔凈且呈現金屬亮色，處理完成后與鉬鐵合金、鎳鈮合金、純鈦、純鋁等合金原料在100℃下進行20h的干燥。1.2按照目標合金組成原料的質量百分比將：20％-30％Ni、100％Fe、100％C、100％Mo或100％MoFe、20％-50％Ni，依順序依次在坩堝中由下到上排布，然后將坩堝置于真空感應爐進行熔煉，當爐室真空度小于0.1Pa時，開始送電熔煉。熔化過程中，慢速階梯狀升功率(即功率逐漸遞增，遞增頻率為3kW/min，直至升到額定熔化功率)，使原材料中的氣體元素逐漸釋放，熔化過程中加入剩余Ni。熔化速度小于等于1/4最大爐容量/h。步驟2，初次精煉：待爐內物料全部化清，熔體表面平靜后，開始初次精煉：調整熔體溫度到1450-1480℃精煉10-30min；精煉過程中每隔5min進行一次3min的攪拌，促進熔體的脫氣過程。初次精煉過程中真空度小于1Pa時進行一次取樣測量，測試熔體中的氮元素含量，當其含量小于目標值時初次精煉結束。步驟3，二次精煉：初次精煉結束后，停電降溫至熔體液面結膜，按照所熔煉合金的成分要求依次加入Cr、Nb、Ti、Al等強氮化物形成元素。加入物料熔化完成后，進入二次精煉：調整熔體溫度到1430-1450℃精煉10-30min，精煉過程中每隔5min進行一次3min的攪拌，促進熔體中氣體元素的擴散和表面的脫氣。精煉末期保證爐室內真空度小于1Pa，結束二次精煉期。步驟4，澆注：二次精煉結束后，停電降溫至熔體液面結膜，對真空感應爐充氬氣到15-30kPa，然后按照所熔煉合金的成分要求加入B、P、Zr、Mg等微量和易揮發元素，攪拌至微量合金完全熔化后澆注，澆注溫度為1450-1480℃。本專利技術鎳基高溫合金真空感應熔煉方法，通過：1)合理的選擇加料順序，延遲了氮化物形成元素的加入時間。2)降低熔體的精煉溫度，降低游離態氮元素在熔煉中的脫除效果，同時降低熔體與坩堝發生反應的概率，盡量降低帶入坩堝中夾雜物的風險，同時對于合金熔體分階段進行精煉。3)加強在熔煉過程中的攪拌，有利于氣體元素的擴散，增大熔體脫氣的表面積。4)使用高真空系統，將精煉末期熔煉室的真空度控制在3Pa以下，使得高溫合金的氮含量顯著降低。采用本專利技術方法熔煉的不同牌號的高溫合金，均取得了良好的效果。采用爐型為3t爐，與熔煉前相比，均顯著降低了合金中的N元素含量實施例1制備GH4169合金步驟1，合金熔化：1.1對合金原料進行表面處理，并在100℃下進行20h的干燥。1.2按照目標合金組成原料的質量百分比將：20％-Ni、100％Fe、100％C、100％MoFe、50％Ni，依順序依次在坩堝中由下到上排布，然后將坩堝置于真空感應爐進行熔煉，當爐室真空度小于0.1Pa時，開始送電熔煉。熔化過程中，慢速階梯狀升功率，遞增頻率為3kW/min，直至升到額定熔化功率，使原材料中的氣體元素逐漸釋放，熔化過程中加入剩余Ni。熔化速度小于等于1/4最大爐容量/h。步驟2，初次精煉：待爐內物料全部化清，熔體表面平靜后，開始初次精煉：調整熔體溫度到1470℃精煉20min；精煉過程中每隔5min進行一次3min的攪拌，促進熔體的脫氣過程。初次精煉過程中真空度小于1Pa時進行一次取樣測量，測試熔體中的氮元素含量，當其含量小于目標值時初次精煉結束。步驟3，二次精煉：初次精煉結束后，停電降溫至熔體液面結膜，按照所熔煉合金的成分要求依次加入強氮化物形成元素Cr、Nb、Ti、Al。加入物料熔化完成后，進入二次精煉：調整熔體溫度到1440℃精煉20min，精煉過程中每本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鎳基高溫合金真空感應熔煉方法，其特征在于，具體按以下步驟實施：步驟1，合金熔化：對所需金屬原料進行表面處理，按照Ni、Fe、C、Mo或MoFe、Ni的順序依次將以上原料在坩堝中由下到上排布，然后將坩堝置于真空感應爐進行熔煉，當爐室真空度小于0.1Pa時，開始送電熔煉；步驟2，初次精煉：待爐內物料全部化清，熔體表面平靜后，開始初次精煉，初次精煉過程中真空度小于1Pa時進行一次取樣測量，測試熔體中的氮元素含量，當其含量小于目標值時初次精煉結束；步驟3，二次精煉：初次精煉結束后，停電降溫至熔體液面結膜，按照所熔煉合金的成分要求依次加入強氮化物形成元素；加入物料熔化完成后，進行二次精煉，精煉末期保證爐室內真空度小于1Pa，結束二次精煉期；步驟4，澆注：二次精煉結束后，停電降溫至熔體液面結膜，對真空感應爐充氬氣到15?30kPa，然后按照所熔煉合金的成分要求加入微量和易揮發元素，攪拌至微量合金完全熔化后澆注，即完成合金熔煉。

【技術特征摘要】
1.一種鎳基高溫合金真空感應熔煉方法，其特征在于，具體按以下步驟實施：步驟1，合金熔化：對所需金屬原料進行表面處理，按照Ni、Fe、C、Mo或MoFe、Ni的順序依次將以上原料在坩堝中由下到上排布，然后將坩堝置于真空感應爐進行熔煉，當爐室真空度小于0.1Pa時，開始送電熔煉；步驟2，初次精煉：待爐內物料全部化清，熔體表面平靜后，開始初次精煉，初次精煉過程中真空度小于1Pa時進行一次取樣測量，測試熔體中的氮元素含量，當其含量小于目標值時初次精煉結束；步驟3，二次精煉：初次精煉結束后，停電降溫至熔體液面結膜，按照所熔煉合金的成分要求依次加入強氮化物形成元素；加入物料熔化完成后，進行二次精煉，精煉末期保證爐室內真空度小于1Pa，結束二次精煉期；步驟4，澆注：二次精煉結束后，停電降溫至熔體液面結膜，對真空感應爐充氬氣到15-30kPa，然后按照所熔煉合金的成分要求加入微量和易揮發元素，攪拌至微量合金完全熔化后澆注，即完成合金熔煉。2.根據權利要求1所述的一種鎳基高溫合金真空感應熔煉方法，其特征在于，所述步驟1中坩堝中排布金屬原料的用量為：20％-30％Ni、100％Fe、100％C、100％Mo或10...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹國鑫，王瑋東，華正利，羅文忠，杜剛，付寶全，張豐收，
申請(專利權)人：西部超導材料科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：陜西;61