[发明专利]一种能够实现K4202高温合金晶粒细化的成型方法

说明书

本发明涉及一种能够实现K4202高温合金晶粒细化的成型方法。通过将母合金与镍纸包裹的TiC粉末一起放入坩埚，在真空熔炼炉中完成熔炼浇注过程。通过金属液毛细作用以及TiC颗粒自扩散，使得TiC颗粒均匀弥散分布在熔体中，为熔体晶体生长提供异质形核质点。TiC为熔点高且有良好的热稳定性陶瓷颗粒，与镍基合金均为共格界面，与K4202高温合金有着很好的润湿性。TiC的引入避免了传统细化剂通过中间合金引入而带入杂质和改变化学成分的风险。K4202高温合金晶粒尺寸得到巨大改善，提高了其700℃高温及室温力学性能。除此之外，本发明流程简单，经济高效，完全符合工业实际生产，对同类合金的晶粒细化有重要参考价值。

技术领域

本申请涉及镍基高温合金铸件材料晶粒细化的技术领域，特别是一种能够实现K4202高温合金晶粒细化的成型方法。

背景技术

K4202高温合金属于镍基高温合金，具有优异的高温力学性能，目前广泛应用于航空、航天、核动力等重要领域。其中，航天用某型重要零部件材质为K4202高温合金，通过熔模精密铸造技术生产制备。然而，熔模铸造高温合金铸件大都存在着晶粒粗大和组织不均匀，以及伴生着偏析增大和缩孔增多现象，降低了铸件的疲劳性能可靠性，力学性能数据分散，解决这一系列问题的关键在于减小晶粒尺寸，获得均匀的细晶铸件。高温合金细晶铸造可使铸件获得细小、均匀的等轴晶，从而提高铸件的中、低温低周疲劳性能，并显著减小铸件力学性能数据的分散度，从而提高铸件的设计容限。

名称为“一种高温合金晶粒的细化方法”的中国专利CN109385546A中通过提供梯度磁场和惰性气体的环境，对高温合金进行熔融处理和冷却从而达到合金晶粒细化的目的。然而这种方法成本高、复杂不宜于工业化生产。名称为“一种高温合金晶粒细化方法”的中国专利CN111230015A中介绍了一种通过不同温度下的锻造工艺实现高温合金晶粒细化的方法。然而这种锻造工艺方法流程复杂繁琐，且生产产品种类受限，不适合复杂叶轮类零件产品的生产。

因此，亟需一种流程简单、低廉高效的高温合金晶粒细化方法，为K4202高温合金在铸造工业上的应用、对K4202高温合金铸件产品性能的提高提供参考和帮助。

发明内容

本申请提供一种能够实现K4202高温合金晶粒细化的成型方法，其不需要大幅度更改生产工艺技术、流程简单、低廉高效，仅通过调整合金熔炼时TiC粉末的添加便可降低合金的晶粒尺寸，同时提高合金的高温力学性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种K4202高温合金的晶粒细化方法，包括以下步骤：

(1)制备成型试棒蜡模以及浇注系统蜡模；

(2)蜡模表面精修并将试棒蜡模与浇注系统蜡模进行组合，以制备模壳；

(3)900℃～1000℃下对模壳高温焙烧并保温3h以上；

(4)按比例称取K4202高温合金棒料、TiC粉末，并对合金棒料进行吹砂、烘干处理；

(5)在坩埚中投入K4202高温合金棒料以及镍箔包裹的TiC粉末，然后置于真空熔炼炉加热至完全熔化；

(6)待合金液温度升至1435～1445℃时，将熔融金属液浇注入模壳中成型。

优选地，所述步骤(2)中模壳制备过程控制生产环境温湿度要求环境温度：23±2℃；沾浆、控浆、淋砂过程控制要求：沾浆时模组浸入浆液时间约70～90s；控浆时间在1～2min，控浆过程中，浇口杯朝上进行缓慢旋转；撒砂种类及目数要求：面层：80/100目锆英砂，相对湿度：55％～65％，干燥时间：36h～42h；第二层～第三层：40/60目上店砂，相对湿度：40％～60％，干燥时间：22h～26h；第四层～第六层：20/40目上店砂，相对湿度：40％～60％，干燥时间：22h～26h；第七层：封浆，相对湿度：40％～60％，干燥时间：≥48h。