[发明专利]一种镍基单晶高温合金母合金的熔炼制备方法

说明书

本发明公开了一种镍基单晶高温合金母合金的熔炼制备方法，属于合金熔炼技术领域。将熔点较高的原料元素按顺序放入熔炼坩埚，先进行一次熔炼、摇炉和精炼；随后添加Ni‑C和Al，再进行二次熔炼和摇炉；最后进行第三次熔炼和第四次熔炼，浇注得到镍基单晶高温合金母合金。本发明获得的镍基单晶高温合金母合金易于精确控制合金成分，同时可有效降低合金中N、O等元素含量，充分发挥了合金的潜能。

技术领域

本发明属于高温合金熔炼技术领域，尤其是涉及一种镍基单晶高温合金母合金的熔炼制备方法。

背景技术

镍基单晶高温合金是航空发动机和燃气轮机高压涡轮叶片的主要制备材料。随着镍基单晶高温合金的发展，镍基单晶高温合金的合金化程度越来越高，其成分易形成偏析、微量元素难以控制；特别是高代次镍基单晶高温合金，其高温性能对气体含量和杂质元素含量更为敏感。因此，单晶高温合金母合金标准苛刻，要求合金元素控制精确控制，尽量去除有害杂质元素，如O、N、S等。

真空感应熔炼是制备镍基单晶高温合金母合金的主要方法，合金的熔化、精炼、合金化及浇注均在真空条件下进行，可以减少高温熔炼过程中的合金氧化带来的夹杂。Al是镍基单晶高温合金中的主要沉淀强化元素，其熔点仅为660℃，镍基单晶高温合金的熔炼温度通常超过1500℃，因此在高温下Al的挥发烧损严重，特别是加料顺序不当会引起熔体的溅射。

高代次镍基单晶高温合金中含有大量的高难熔元素(如W熔点3430℃，Re熔点3180℃，Ta熔点2996℃，Mo熔点2617℃)，要充分熔化合金获得均匀的熔体结构组织，需加载较高的熔炼温度；同时，合金熔炼时较高的真空度会促进部分气体元素的排出。但是，高熔炼温度也会加剧Al的挥发，如公开号为CN1360071A专利中高温精炼温度为1650℃，会加速Cr、Al等饱和蒸气压较高元素的挥发。此外，长时高温熔炼会加剧合金元素与熔炼坩埚的反应，引入夹杂，导致合金的疲劳、持久性能显著降低，同时降低坩埚的寿命。因此，在不增加合金原料成本的前提下，如何有效降低轻元素的排除、精准控制易挥发的元素，来提高镍基单晶高温合金的冶金质量，对于提高单晶高温合金性能具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种提高合金的冶金质量的镍基单晶高温合金母合金的熔炼制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种镍基单晶高温合金母合金的熔炼制备方法，其特征在于,包括以下步骤：

(1)第一次装料，按目标镍基单晶高温合金成分装填原料，在熔炼坩埚中原料由底部到顶部依次为，60～70％的镍，100％的钴，100％的铬，100％的钨，100％的钼，100％的铼，100％的钌，100％的铌，100％的铪，100％的钽，30～40％的镍；

(2)第一次熔炼，初始升温至1500～1540℃，保温5～10分钟后，摇炉3～5次；继续升温到1600～1620℃保温3～5分钟后完成精炼；降温到1550～1570℃保温5～10分钟，随后停电降温到完全凝固，完成第一次熔炼；

(3)第二次装料：将100％的镍-碳合金(Ni-C)和100％的铝加入熔炼坩埚，随后在真空感应熔炼炉中充入10³～10⁴Pa氩气；

(4)第二次熔炼：升温到1520～1540℃，保温3～5分钟，摇炉3～5次；随后停电降温到1370～1390℃出现结膜，完成第二次熔炼；

(5)第三次熔炼：在5～8分钟升温到1520～1540℃，保温3～5分钟，摇炉3～5次；随后停电降温到1370～1390℃出现结膜，完成第三次熔炼；

(6)第四次熔炼：在5～8分钟升温到1470～1500℃，保温1～3分钟，完成第四次熔炼，开始浇注成型母合金锭。