[发明专利]一种高纯净度镍基合金大型锻件制备方法

说明书

技术领域

本发明属于大型锻件制造技术领域，特别涉及一种高纯净度镍基合金大型锻件制备方法，主要适用于核电、能源、冶金、机械、化工等领域。

背景技术

大型锻件是大型装备中不可缺少的零部件，如航空发动机中的机匣、涡轮盘，燃气轮机中的压气机盘，火电设备中的汽轮机叶片、转子，核电设备中的压力容器、蒸发器主管道以及压紧弹簧等，这些锻件由于尺寸大，性能要求高，因而制造难度大，尤其是核电用大型锻件。核电站是利用核分裂或核融合反应所释放的的能量产生电能的发电厂。目前商业运转中的核能发电厂都是利用核分裂反应而发电。根据反应堆的类型，核电站可以分为压水堆核电站、沸水堆核电站、重水堆核电站和快中子增殖反应堆，目前世界上和国内应用最多的是压水堆核电站。压水型核电站反应堆的结构基本由以下几个部分组成，反应堆堆芯、堆内构件、反应堆压力容器和顶盖以及控制棒驱动机构。其中的堆内构件在整个核电站的运行过程中起着很重要的作用，如起着支承和固定堆芯组件作用，并使驱动线对中，控制棒运动导向，同时又是冷却剂通道，对流量进行合理分配，减少无效流量，为压力容器提供热屏蔽，减少中子γ射线照射，还能为堆内测量提供安装和固定条件，为压力容器用材辐照监督试验提供存放试样场所。堆内构件在结构上由堆芯下部支承构件和堆芯上部支承构件组成，堆芯下部支承构件又由吊篮、堆芯支承板、围板和辐板组件、堆芯下栅格板、热屏蔽、辐照样品管以及二次支承组件组成。堆芯上部支承构件由导向筒支承板、堆芯上栅格板、控制棒导向筒、支承柱、热电偶和压紧弹簧组成。

镍基合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。按照主要性能又细分为镍基耐热合金，镍基耐蚀合金，镍基耐磨合金，镍基精密合金与镍基形状记忆合金等。高温合金按照基体的不同，分为：铁基高温合金，镍基高温合金与钴基高温合金。其中镍基高温合金简称镍基合金。镍基高温合金是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美国于40年代中期，苏联于40年代后期，中国于50年代中期也研制出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面：合金成分的改进和生产工艺的革新。50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基合金的工作温度从700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。镍基高温合金中应用最为广泛。主要原因在于，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共格有序的A3B型金属间化合物γ[Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等；沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等。镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。由于镍基合金具有优良的热强性、抗氧化性以及耐腐蚀性等特点，因而被广泛应用于核电领域，如用来制造管材、锻件等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高纯净度镍基合金大型锻件制备方法，采用该方法可以获得高纯净度镍基合金大型锻件，减少热加工工序时间，节省能源，避免锻件角部开裂，提高工件的成品率；该方法具有操作简单，易于掌握等特点。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的：