[发明专利]一种高温合金中高密度夹杂与低密度夹杂同步去除的方法

说明书

本发明提供一种高温合金中高密度夹杂与低密度夹杂同步去除的方法，包括如下步骤：S1、高温合金原材料的预处理；S2、电子束精炼去除高温合金中的低密度与高密度夹杂物，得到低密度及高密度夹杂物含量极低的DD406高温合金铸锭。本发明采用电子束精炼技术同步去除高温合金中的低密度及高密度夹杂。通过在高真空精炼过程中增加熔体过热实现熔体内部小尺寸低密度与高密度夹杂物的溶解去除，通过高能电子束的轰击作用实现熔体表面大尺寸低密度夹杂物的原位分解去除，通过铸锭底部的凝壳的吸附作用实现大尺寸高密度夹杂物的捕获去除，从而全面去除合金中的低密度及高密度夹杂，进而通过浇铸获得高纯的高温合金锭坯。

技术领域

本发明涉及一种高温合金中高密度夹杂与低密度夹杂同步去除的方法。

背景技术

高温合金在制备过程中会添加大量合金化元素从而使其具有良好的服役性能，随着对合金使用要求的不断提高，一些贵金属元素如Ta、Hf、Re等逐渐被添加到高温合金、特别是定向及单晶高温合金中。高温合金中的活性元素，如Al、Ti等极易熔体中的O、N结合形成稳定性极高的低密度夹杂物，如Al₂O₃、TiN等。另一方面，某些贵合金元素(如Hf等)在熔炼的过程中极易与坩埚、型壳及其它耐火材料发生反应，形成细小的高密度夹杂物，如HfO₂等。这些低密度与高密度夹杂物严重影响合金的常温及高温力学性能，特别是低周疲劳性能，因此需要严格加以控制。

当前，采用泡沫陶瓷过滤、促进熔池中夹杂物的上浮或对上浮至熔体表面的夹杂物进行吸附是熔炼过程中夹杂物去除的主要途径。由夹杂物运动的Stokes定律可知，当夹杂物尺寸越小，其上浮或沉降的速度越慢，通过促进上浮或沉降的方式去除夹杂物变得越困难，而陶瓷过滤也只对大尺寸夹杂有较好的效果。当前已有的手段能够成功去除高温合金中10μm以上的低密苏夹杂物，对于粒径较小的夹杂物(10μm)去除效果十分有限。此外，高温合金中的高密度夹杂物相对于合金熔体具有较大的比重，在熔炼的过程中难以创造上浮的条件，因此，传统的夹杂物去除方法很难实现高温合金中高密度夹杂物的深度去除。

电子束精炼技术是利用高能量密度的电子束轰击材料的表面使材料熔化并精炼材料的工艺过程，该技术被广泛应用于难熔金属及合金的精炼、制备高纯特殊钢以及超洁净钢、精炼提纯钛及钛合金等领域中。电子束具有极高的能量密度，且具有束流可控、束斑可调、自动化程度高的特点，高能量密度的电子束作用于熔体后会产生局部超高温(3000K)，结合高真空(5×10^-3Pa)以及熔体内部大温度梯度的特点，能够创造夹杂物原位去除的条件。

发明内容

根据上述提出的当前已有的手段能够成功去除高温合金中10μm以上的低密苏夹杂物，但对于粒径较小的夹杂物(10μm)去除效果十分有限；此外，高温合金中的高密度夹杂物相对于合金熔体具有较大的比重，在熔炼的过程中难以创造上浮的条件，因此，传统的夹杂物去除方法很难实现高温合金中高密度夹杂物的深度去除的技术问题，而提供一种高温合金中高密度夹杂与低密度夹杂同步去除的方法。本发明主要采用电子束精炼技术同步去除高温合金中的低密度及高密度夹杂。通过在高真空精炼过程中增加熔体过热实现熔体内部小尺寸低密度与高密度夹杂物的溶解去除，通过高能电子束的轰击作用实现熔体表面大尺寸低密度夹杂物的原位分解去除，通过铸锭底部的凝壳的吸附作用实现大尺寸高密度夹杂物的捕获去除，从而全面去除合金中的低密度及高密度夹杂，进而通过浇铸获得高纯的高温合金锭坯。

本发明采用的技术手段如下：

一种高温合金中高密度夹杂与低密度夹杂同步去除的方法，包括如下步骤：

S1、高温合金原材料的预处理：

S11、所述原材料为含有不同种类夹杂物的DD406合金；

S12、将所述原材料加工至合适尺寸，以能够放入精炼用水冷铜坩埚为准；

S13、对加工后的所述原材料进行打磨，去除表面的陶瓷粘连、氧化层以及加工痕迹等，使合金无外来污染物；