[发明专利]镍基高温合金的冶炼方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金冶炼方法，具体涉及一种镍基高温合金的冶炼方法。

背景技术

航空航天以及民用高温合金真空冶炼的技术难点在于，严格控制合金中的气体含量(氧，氮，氢)，目前按照企业标准，许多合金中氧、氮含量一般在20ppm左右。只有降低合金中的有害杂质含量，减少合金元素的偏析，提高合金熔液的纯净度，才能达到提高合金的使用性能和寿命。然而，真空冶炼过程是一个十分复杂的热加工工艺过程，任何一个工艺步骤的设计都会对合金的气体含量，杂质含量以及合金的性能有重要影响。

合金中的O，N，S在合金溶液中会形成非金属夹杂物，如(Al₂O₃)，(Ti，Ta)C/N，(Ti，Ta)S合金中非金属夹杂物的多少和形态都会对合金综合性能有重大影响。此外合金熔液的纯净度是衡量母合金锭质量和制造水平的重要指标。真空冶炼中是以碳为主要脱氧元素，由于碳的分解反应而达到将金属溶液的氧脱除，从而达到减少合金中的气体含量，纯净金属溶液，提高合金质量的目的。随着碳脱氧反应的进行，一氧化碳气体的溢出，将合金中的氢、氮有害气体带出。氧含量越低，金属熔液更易蒸发，合金中的低熔点有害杂质元素也易于排除。因而，脱氧是真空冶炼过程的一个关键步骤，脱氧效果直接决定了合金中的有害杂质含量，决定着能否提高合金使用性能和寿命。

在航空使用的合金中，组分一般都包括铝、钛、硼等几种低熔点元素。在加入这些低熔点元素进行合金化处理时，如果不严格控制加入的时机、温度、真空度等因素，则会产生较大的烧损和挥发，使合金化学成分难以控制，从而产生废品。具体来说，加入铝、钛、硼时的真空度过低或设备漏气率大，大量的铝、钛、硼元素会产生氧化烧损，成分难以控制。加入铝、钛时金属熔液温度过高，大量的铝、钛则会由于放热放应而产生烧损和挥发。向金属熔液中加入铝、钛时，会产生剧烈的放热反应，尤其是加入量较大时，金属熔液放热反应就大。即使铝、钛加入时金属熔液温度适宜，但由于一次加入量过大，同样会产生烧损和真空挥发使合金化学成分难以控制。

另外，由于铝、钛、硼自身较轻，密度小，在加入到金属熔液中后，漂浮在金属熔液表面，极易产生偏析，会严重影响合金的综合性能。特别的是，硼的加入时间也非常重要，加入过早，极易烧损，加入过晚，易分布不均，因此掌握好硼加入的时间就显得非常重要。

鉴于目前现有技术的情况，亟需开发一种化学成分均匀、低熔点元素烧损及挥发少、合金持久性能和室温拉伸性能强的镍基高温合金的冶炼方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种化学成分均匀、低熔点元素烧损及挥发少、合金持久性能和室温拉伸性能强的镍基高温合金的冶炼方法。

本发明所述的镍基高温合金的冶炼方法，包括以下步骤：

(1)第一步碳脱氧：

将占高温合金总含碳质量50％的石墨加入到真空炉坩埚内，置于坩埚最底部，向真空炉坩埚内加入除铝、钛、硼、镍之外的高温合金中的所有元素进行冶炼；

(2)第二步碳脱氧：

温度升至1570～1590℃，向坩埚内加入剩余的石墨，精炼，之后降温；

(3)金属钙脱氧：

加入金属钙，全部熔化后，升温至1550～1570℃，进行精炼，精炼过程中摇动坩埚，使得上浮到金属熔液液面的浮渣排到坩埚壁的后部；

(4)加入铝、钛：

降温至1370～1390℃，向其中加入铝、钛，升温至铝、钛全部熔化；

(5)加入镍硼合金：

保持温度1410～1430℃，向其中加入镍硼合金，升温至镍硼合金熔化；

(6)冷冻金属熔液、出钢浇注：

降温，待温度降至1360～1380℃，再升温至1450～1470℃，出钢浇注。

其中：

步骤(1)石墨为光谱石墨电极破碎至2～5mm的颗粒。

步骤(1)冶炼温度1560～1580℃，冶炼时间20～30min。

步骤(2)温度升至1570～1590℃，向坩埚内加入剩余的石墨，于功率80KW下精炼20～30min。

步骤(3)加入的金属钙全部熔化后，再将温度升至1550～1570℃，于80KW下进行精炼10min，精炼5min时，开始摇动坩埚，使得上浮到金属熔液液面的浮渣排到坩埚壁的后部，进行排渣处理。

步骤(3)金属钙的用量为高温合金总质量的0.02～0.05％。金属钙加入量过大，会在金属熔液中形成脱氧反应夹杂物，因此要严格控制金属钙的加入量。加入金属钙进行深脱氧后要进行排渣处理也十分重要。