[发明专利]镍基粉末高温合金FGH4096大规格铸锭的冶炼工艺

说明书

本发明提供了镍基粉末高温合金FGH4096大规格铸锭的冶炼工艺，具体为：采用真空感应熔炼（VIM）+保护性气氛电渣熔炼（PESR）+真空自耗熔炼（VAR）三联熔炼工艺生产大规格铸锭。采用VIM熔炼，通过高强度搅拌和高真空气氛获得成分均匀、气体含量低的大规格VIM电极。然后采用PESR熔炼，降低合金中非金属夹杂含量，尤其是降低合金中S元素含量，获得组织致密的大规格PESR铸锭。最后进行VAR熔炼，采用合适的熔速和冷却强度以减轻合金易偏析元素的成分偏析。采用本发明可以得到组织致密、成分均匀、杂质元素和气体元素更低的镍基粉末高温合金FGH4096大规格铸锭。

技术领域

本发明涉及高温合金冶炼技术领域，具体为镍基粉末高温合金FGH4096大规格铸锭的冶炼工艺。

背景技术

FGH4096是镍基沉强化型粉末高温合金，γ＇相体积分数约为36％，700℃以下长期使用。该合金是第二代损伤容县型粉末高温合金，与第一代粉末高温合金相比，降低了γ＇相含量，调整了晶粒尺寸，适当降低了强度水平，提高了合金的抗裂纹扩展性能，使合金具有了更优异的综合力学性能、耐腐蚀和抗高温氧化性能，是当前在700℃工作条件下强度水平最高的涡轮盘用高温合金之一。

近年来，国内外生产的FGH4096合金有单联(真空感应熔炼)、双联(真空感应熔炼+真空自耗熔炼或真空感应熔炼+保护气氛电渣熔炼)合金铸锭。经真空感应熔炼浇注的单联铸锭，其内部缩孔较多，电极致密度较差，不利于后续粉末制备或点击锻造。双联铸锭致密度虽有增加，但由于锭型限制，所产出的铸锭规格较小，生产效率和成品率均较低。更为重要的是，双联生产过程稳定性较差，熔炼过程对夹杂物和气体含量脱出量有限，难以得到高纯净度、高均匀性、高一致性的大规格铸锭。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供镍基粉末高温合金FGH4096大规格铸锭的冶炼工艺，解决了背景技术中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：镍基粉末高温合金FGH4096大规格铸锭的冶炼工艺，具体包括以下内容：

步骤1：真空感应熔炼(VIM)

1)原材料：根据成分配比确定原材料种类和重量如下：镍板1500-1550kg、石墨碳1.0-1.5kg、电积钴380-400kg、钼条110-130kg、镍钨中间合金260-280kg、金属铬470-500kg、铌条20-22kg、海绵钛110-120kg、铝豆64-66kg、海绵锆1.2-1.5kg、镍硼中间合金2.9-3.1kg；其中，镍钨中间合金中W元素质量分数为42％；镍硼中间合金中B元素含量为15％；原材料投料量为3t；

2)熔炼工艺：真空感应熔炼采用3t坩埚，钢锭模规格为Φ350mm；共可分为五个阶段，分别为熔化期→精炼前物料加入期→精炼期→合金化及调成分期→浇注期；加料前对熔炼室进行测漏，当漏率小于25mbar*L/s时，将混合有石墨碳的镍板加入坩埚；当真空值小于0.25hPa后，以50-100kW功率进行低功率烘烤，目的是将熔炼室内部的气体排出；当真空值小于0.10hPa后，开始采用300-500kW功率进行熔化；待物料熔清后，将电积钴、钼条、镍钨中间合金依次加入炉内；上述操作步骤为熔化期，待熔物料全部熔清后，依次将金属铬和铌条加入坩埚，继续保持300-500kW功率进行熔化；待物料熔清后，搅拌10min的同时打开高真空泵；上述操作步骤为精炼前物料加入期，搅拌结束后，采用热电偶测量钢液温度，同时观察熔炼室真空值；当钢液温度为1560-1570℃、同时熔炼室真空度小于0.05hPa时，继续保持高真空泵打开，并以100-300kW功率精炼30-50min；上述操作步骤为精炼期，精炼结束后，依次加入海绵钛、铝豆、海绵锆、镍硼中间合金；每种物料加入时，需要将温度控制为1450-1460℃；物料加入后以100-300kW熔清，熔清后均要搅拌5min；上述操作执行完毕，取样进行炉前检测；根据炉前检测结果对钢液中各元素进行补加，直至每种元素含量均满足要求；上述操作步骤为合金化期及调成分期；成分合格后，采用热电偶测量钢液温度，钢液温度为1450-1460℃时，将熔炼室充氩至250hPa，然后将钢液浇注至准备好的钢锭模中；