[发明专利]一种利用机械振动细化镍基铸造高温合金晶粒的制备方法

说明书

本发明公开了一种利用机械振动细化镍基铸造高温合金晶粒的制备方法，属于高温合金材料制备技术领域，方法将镍基高温合金原料放入真空电弧炉中，在氩气气氛下连续进行多次电弧熔炼，在熔炼过程中进行电磁搅拌得到成分均匀的熔体，熔体凝固后得到纽扣锭；在真空电弧炉内氩气气氛下，将纽扣锭熔化后浇注到处于水平方向周期性机械振动的铸型中，并保持机械振动至熔体完全凝固，制得镍基铸造高温合金；其中，通过连杆将真空电弧炉外部的机械振动装置产生的振动传递至位于真空电弧炉内的铸型和熔体。本发明方法实现了镍基铸造高温合金制备过程中柱状晶‑等轴晶转变和细化晶粒，有效提升了镍基高温合金的综合性能。

技术领域

本发明属于高温合金材料制备技术领域，更具体地，涉及一种利用机械振动细化镍基铸造高温合金晶粒的制备方法。

背景技术

镍基高温合金由于具有较高的高温强度、良好的抗氧化和耐腐蚀性能、优异的抗疲劳性能和良好的组织稳定性等综合性能，因而是航空发动机中各种高温部件的关键材料，也是工业燃机发电及能源化工部门所需的高温耐腐蚀部件材料，在现代国防建设和国民经济发展中具有不可替代的地位。然而，其铸态组织由粗大的柱状晶组成，各向异性的组织特征降低了其力学性能。根据研究，晶粒细化既能提高高温合金的屈服强度和持久性能，又能改善其塑性及韧性，由此要求其铸造组织为均匀细小的等轴晶。

目前对于镍基高温合金凝固组织细化的方法一般为化学细化，通过加入细化剂细化镍基高温合金铸造组织，然而细化剂添加通常会引入额外的合金元素，影响镍基高温合金的性能，且细化效果不佳，制得的镍基高温合金铸态组织粗大、各项异性。

因此，本领域继续亟需开发一种简便、有效、纯净化的细化镍基高温合金晶粒并提高镍基高温合金性能的制备方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种利用机械振动细化镍基铸造高温合金晶粒的制备方法，其目的在于，在真空条件下熔炼镍基高温合金原料，并利用水平方向的周期性机械振动力，促进镍基高温合金铸造过程中柱状晶-等轴晶转变和细化晶粒，提高镍基铸造高温合金性能，由此解决现有技术制得的镍基高温合金铸态组织粗大、各项异性、且含有杂质合金元素的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种利用机械振动细化镍基铸造高温合金晶粒的制备方法，包括如下步骤：

(S1)将镍基高温合金原料放入真空电弧炉中，在氩气气氛下连续进行多次电弧熔炼，并在熔炼过程中进行电磁搅拌，得到成分均匀的熔体，熔体凝固后得到纽扣锭；

(S2)在所述真空电弧炉内所述氩气气氛下，将所述纽扣锭熔化后浇注到处于水平方向周期性机械振动的铸型中，并保持机械振动至熔体完全凝固，制得镍基铸造高温合金；其中，通过连杆将所述真空电弧炉外部的机械振动装置产生的振动传递至位于所述真空电弧炉内的所述铸型和所述熔体。

优选地，步骤(S2)具体为：将所述纽扣锭移至浇注工位，引弧并缓慢增大电流使所述熔体熔化，当所述纽扣锭底部合金完全熔化并快速滴落至浇注工位正下方处于水平方向周期性机械振动的铸型中，并保持机械振动至熔体完全凝固，即可获得镍基铸造高温合金。

优选地，步骤(S2)中，所述水平方向周期性机械振动的振动幅度为0～5mm，振动频率为25～75Hz。

优选地，步骤(S1)中，所述电弧熔炼的熔炼电流不超过600A，所述电弧熔炼时间不少于2分钟，所述电弧熔炼次数不少于5次。

优选地，进行所述电弧熔炼时施加横向涡流磁场，所述横向涡流磁场的电流强度不超过20A。

优选地，电弧熔炼后采用相同熔炼电流进行浇注。

优选地，所述铸型采用铜模铸型、钢模铸型或氧化物铸型。