[发明专利]一种解决高温合金中合金元素偏析的配料方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温合金熔炼领域，具体为解决高温合金中金属偏析引起的质量问题的配料方法。

背景技术

高温合金具有良好的高温强度、抗氧化和抗腐蚀能力，优异的抗疲劳、抗蠕变性能、断裂韧性和组织稳定性，是航空发动机和各种工业燃气轮机发展的关键材料。高温合金是含有一定数量高熔点难熔金属如钨、钼、钽和铌等和少量活性金属如铝、钛、锆等的镍基、铁基或钴基合金，其冶炼过程十分复杂，而高熔点金属在合金内是否均匀分布是生产高温合金合格与否的关键所在。因此，高温合金的生产难度相当大。以镍基高温合金为例，国内高温合金生产企业在高温合金配料时一直采用加入纯金属块、条或杆的方法，该方法对于低熔点金属来说不存在任何问题，但对高熔点金属来说存在不确定因素。采用该方法时，为了避免出现高熔点金属不充分熔化，在感应坩埚内布料成为关键，将难熔金属放置在感应坩埚内的高温区域内才可能使其熔化，通过电磁力搅拌熔融态镍液使高熔点金属逐渐均匀分布在钢液中。该方法存在以下问题：一.高熔点金属的熔点（铌熔点2468℃，钼熔点；2610℃，钨熔点3410℃）远高于熔融态镍的温度（真空感应设计温度为1650～1700℃，按照镍基合金计算，镍的熔点仅为1455℃），即使坩埚内局部钢液存在过热度但也未达到高熔点金属的熔点；二.高熔点金属密度较大（如铌密度8.57g/cm³，钼密度：10.2 g/cm³，钨密度19.35g/cm³），在熔炼过程中由于熔融态镍密度较小容易整块沉于坩埚底部，导致坩埚底部钢液中高熔点金属的浓度较大；三.活性金属的熔点（如铝熔点660℃，钛熔点1668℃，锆熔点1852℃）相差较大，熔化时间不一致；四. 活性金属的密度较小（如铝密度2.7g/cm³，钛密度4.51g/cm³，锆密度4.574g/cm³），熔炼过程中会浮于液态镍表面，受其蒸气压影响，在真空下易挥发和烧损；五.受感应熔炼时间的限制，高熔点金属的熔化不充分会导致块状金属残留在的熔融态镍中，低熔点金属易熔化但浮于熔融态镍的表面。以上不足会导致高温合金锭中成分不均匀和高密度夹杂的缺陷存在，在后续的重熔和热加工过程中这种冶金缺陷是难以消除的，并最终严重影响其产品机械性能和使用寿命。

发明内容

本发明针对现有高温合金产品中存在成分不均匀和高密度金属夹杂的冶金缺陷，造成高温合金产品性能不稳定、质量不过关等问题，提供一种新的配料方法。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案实现的：一种解决高温合金中难熔金属偏析的配料方法，包括以下步骤：（1）原料选择：选择中间合金为原料，如铌镍（铌铁）、钨镍（钼铁）、钼镍（钨铁）、钛镍（钛铁）、铝镍（铝铁）等中间合金作为原材料；（2）中间合金的要求：中间合金粒度为30～50mm之间，高熔点金属或者活性金属含量控制在60～65%，剩余金属为镍或铁，其它杂质含量单一不超过0.1%，总和不得超过1.0%；（3）原料要求：尽量选择杂质含量低的优质中间合金，确保原料有害杂质尽量少；（4）原料净化：确保原料为金属色表面无锈斑和无异物，混料前需在电炉内烘干；（5）合金配料：按照标准要求或者客户要求进行某一牌号合金的成分配料，依据原材料的熔点、密度、易氧化程度、挥发性和加入量等情况计算合金投料。

上述步骤（1）中，选用难熔金属的中间合金其目的是有效降低难熔金属的熔点和密度，确保难溶金属能悬浮在钢液中并在短时间内熔化，本发明不限于二元合金，包括二元以上的中间合金。

上述步骤（2）中，选用中间合金对粒度要求，其目的是在机械混料时将中间合金均匀的和其它原料混合，方便在感应坩埚布料，降低了布料难度。

上述步骤（3）中，选用杂质含量低的优质中间合金，其目的是控制原料纯度，降低杂质元素对高温合金性能的影响。

上述步骤（4）中，原料净化的目的是通过人工筛选除去混在原料中的锈斑和无异物，筛选后原料经过烘干去除气体和湿气等，处理后的原料必须在3小时以内装如感应坩埚，否则需再次烘干处理。

上述步骤（5）中，合金配料时需考虑到不同原料在熔炼过程中损耗不同需做适当的调整以获得理想的合金成分。

经过本发明人研究，得出高温合金配料采用高品质的中间合金，既可以得到无冶金缺陷（金属偏析）、成分均匀的电极棒，同时有效控制了高温合金中各个元素的含量，还降低了高温合金的生产成本。

具体实施方式

实施例1：高温合金GH 3044配料方法