[发明专利]一种电子束精炼高温合金促进脱硫的方法

说明书

本发明提供一种电子束精炼高温合金促进脱硫的方法，包括如下步骤：S1、高温合金原材料的预处理；S2、电子束精炼提纯高温合金，得到高纯的FGH4096高温合金铸锭。本发明利用电子束精炼的手段对高温合金进行脱硫，利用电子束精炼真空度高、束斑区域温度高的特点，强化S杂质元素的脱气反应；利用精炼过程中采用水冷铜坩埚无污染的特点，解决VIM等传统工艺坩埚耐火材料侵蚀的问题；利用夹杂物与熔体的密度差以及电子束特殊的诱导凝固机制促进夹杂物的迁移与富集，解决高温合金母材的超纯净化问题。

技术领域

本发明涉及一种电子束精炼高温合金促进脱硫的方法。

背景技术

高温合金材料在航空航天等领域广泛应用，是制造航空航天领等域热端部件的重要材料，如现代航空发动机、工业燃气轮机等关键热端部件(如涡轮叶片、涡轮盘、燃烧室等)。由于长期处于高温、高转速、高应力等极端工作环境，对材料的高温强度、蠕变和疲劳性能有极高的要求，其研究和应用水平是衡量一个国家材料科学综合实力的重要标志。而高温合金中的S杂质元素容易形成低熔点共晶物，降低材料塑性，同时也容易发生偏析，增加结晶裂纹的敏感性。因此控制和减少硫元素的含量是解决高温合金母材的超纯净化问题的关键。

对于高温合金脱硫，通常情况下比较可行的方法是采用真空感应熔炼法熔炼合金。目前，国内较为成熟的真空感应熔炼技术可以将合金中的硫含量降到10ppmw左右，然而单独使用真空感应熔炼技术脱硫效果往往并不显著，还需要配合添加脱硫剂脱硫，即选用一些与硫具有较大亲和力，而且能够生成高熔点且低密度易于上浮的硫化物的金属元素作为脱硫剂。但这些元素的加入往往不仅仅是为了脱硫，它们主要是作为有益的微合金化元素，所以要严格控制其加入量，这对于母合金的成分设计提出了较高要求。近年来有研究表明，采用CaO坩埚脱硫和熔渣脱硫效果十分明显，但是由于氧化钙坩埚使用寿命短、成本高、生产难度大，而且经过几次使用后脱硫效果大减，工业化生产目前还难以接受。另外，依赖真空感应熔炼技术进行脱硫的终产物CaS和钙酸盐等夹杂只能依靠上浮或者沉降去除，这也将对高温合金的高纯化生产造成不利影响。

发明内容

根据上述提出的采用CaO坩埚脱硫和熔渣脱硫效果十分明显，但是由于氧化钙坩埚使用寿命短、成本高、生产难度大，而且经过几次使用后脱硫效果大减，工业化生产目前还难以接受；另外，依赖真空感应熔炼技术进行脱硫的终产物CaS和钙酸盐等夹杂只能依靠上浮或者沉降去除，这也将对高温合金的高纯化生产造成不利影响的技术问题，而提供一种电子束精炼高温合金促进脱硫的方法。本发明主要利用电子束精炼的手段对高温合金进行脱硫，利用电子束精炼真空度高、束斑区域温度高的特点，强化S杂质元素的脱气反应；利用精炼过程中采用水冷铜坩埚无污染的特点，解决VIM等传统工艺坩埚耐火材料侵蚀的问题；利用夹杂物与熔体的密度差以及电子束特殊的诱导凝固机制促进夹杂物的迁移与富集，解决高温合金母材的超纯净化问题。

本发明采用的技术手段如下：

一种电子束精炼高温合金促进脱硫的方法，包括如下步骤：

S1、高温合金原材料的预处理：

S11、所述原材料为真空感应熔炼制备的棒状FGH4096母合金；

S12、利用线切割车床将所述原材料切割成大小为Φ100×10mm的圆柱，以便能够将其放入水冷铜坩埚中；

S13、使用砂轮机对切割后的所述原材料进行打磨，去除表面的杂质、氧化皮以及油污，使得所述原材料表面光亮清洁；

S14、将打磨后的所述原材料放置在超声清洗机中，分别使用去离子水和酒精对其进行超声清洗三次；

S15、超声清洗完毕后，将清洗后的所述原材料置于烘干箱中，在50℃温度条件下烘干15min，待电子束精炼使用；

S2、电子束精炼提纯高温合金：

S21、对电子束精炼用水冷铜坩埚、电子束熔炼炉炉体及炉壁进行清理；