[发明专利]一种晶粒细化的高温合金铸造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，特别提供了一种晶粒细化的高温合金铸造工艺。

背景技术

高温合金已广泛应用在航空、航天等领域，不同的用途及应用环境对高温合金的成分、组织、性能的要求也不相同。航空发动机的某些部件如低压涡轮叶片和启动机整体叶盘等结构件的使用温度相对较低。通常来说，均匀细小的等轴晶可以提高材料的综合性能。近年来一些新的铸造方法可以制取非常细的晶粒，在工业上常用的有三种晶粒细化方法，即热控法、机械振动法和化学法中，采用热控法，即通过控制铸件浇注温度和模壳的预热温度可以获得较细的晶粒，但是在铸件中存在大量的显微疏松；振动法通过引入机械振动，使合金液中凝固的枝晶破碎而形成更多的晶核，进而使晶粒得到细化，但需要改造或投入大量的资金改造设备，价格比较昂贵；化学法具有操作简单、细化效果好，例如：用CoO+Al₂O₃涂敷在精密铸造模壳内表面上，使铸件表面层组织细化。添加微量的B也有一定的细化效果，还有添加金属间化合物如Co-Nb-Ni等也有一定的效果；但是对高温合金来说，这些元素只能在很小的范围内变化，否则组织会变得不稳定，出现有害相或低熔点相，少量的细化剂起不到好的细化效果，过多的细化剂还可能降低合金的性能，另外，由于高温合金的熔点很高，细化剂在高温下容易失效，导致细化效果并不明显。良好的细化剂应该具有高的熔点；与熔体有类似的晶体结构；与熔体有相近的密度；有良好的分散性，对合金性能无有害影响。因此，有必要采用新的细化剂来满足高温合金工业的特殊要求而使铸件具有更高的性能。

发明内容

本发明目的是提供一种新的细化剂来满足高温合金细化的需求，使高温合金具有更好的综合性能。

本发明的基本原理：采用粉末冶金方法，利用高温合金的基本主元镍作为粘结剂把高熔点的金属氧化物粒子粘结起来，制成中间合金，将中间合金与母合金料一起熔炼，采用正常的浇注工艺参数进行浇注，利用高熔点、尺寸细小的金属氧化物粒子作为形核中心形成大量晶粒，最后得到细晶粒的高温合金组织。

本发明一种晶粒细化的高温合金铸造工艺，其特征在于：所述高温合金铸造工艺具体满足以下要求：

首先采用粉末冶金方法，利用高温合金的基本主元镍作为粘结剂把高熔点的金属氧化物粒子粘结起来，制成中间合金；

然后将中间合金与母合金料一起熔炼，进行浇注(采用现有技术中通常的浇注工艺参数即可)；

利用高熔点、细小的金属氧化物粒子作为形核中心形成大量晶粒，最后得到细晶粒的高温合金组织。

所述晶粒细化的高温合金铸造工艺中，制备铸造用中间合金的具体工艺过程如下：首先将纳微米级别镍粉、高熔点金属氧化物粉末、进行均匀混合，然后用模压或等静压等成型方式进行成型，在1200℃～1400℃还原性气氛下进行等温烧结，保温时间时间1～3小时，制得镍-金属氧化物中间合金细化剂。

本发明所述晶粒细化的高温合金铸造工艺中，将细化剂中间合金与高温合金母合金一起熔炼和浇注的具体要求是：首先将金属氧化物中间合金与高温合金母合金一起在真空感应炉内熔炼，待合金全部熔化后，加大功率进行电磁搅拌，搅拌均匀后降低功率并进行降温，待合金液温度降低到浇注温度时进行浇注。

本发明所述晶粒细化的高温合金铸造工艺中，用作中间合金原料的高熔点金属氧化物粉末具体采用三氧化二钇粉末。

所述晶粒细化的高温合金铸造工艺中至少还满足以下要求之一：

用作中间合金原料的高熔点三氧化二钇粉末粒度为0.1～3微米；

制作中间合金时，采用机械球磨方式对微米级别镍粉、三氧化二钇粉进行均匀混合，混合介质采用丙酮或/和正乙烷，球磨时间为1～60小时，然后将粉末烘干；

然后可以采用模压或等静压等成型方式将混合均匀的镍粉、三氧化二钇粉混合粉进行成型。

所述晶粒细化的高温合金铸造工艺中，对成型后的中间合金进行等温烧结的过程中满足以下要求：

所述的烧结采用连续式气氛保护管式炉，或者采用间歇式气氛保护管式炉； 

烧结还原性保护性气氛采用高纯度氢气；或者采用高纯度氢气与高纯度氮气的混合气体，此时氢气与氮气的体积比为1∶1～1∶5之间；流量可控制在5～50ml/min.cm²；