[發明專利]施加復合電磁場改善高溫合金母合金錠質量的方法和裝置

無效

• 申請號: 201110452121.6
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102642013A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 金文中;李素芳;張慶豐;王雷;穆欣
• 申請（專利權）人: 洛陽理工學院
• 主分類號: B22D27/02
• 分類號: B22D27/02;B22D7/00;B22D7/12
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 孫詩雨

技術領域

本發明屬于金屬材料制備領域，特別涉及到高溫合金母合金錠的制備。

背景技術

高溫合金能夠在600℃～1100℃的高溫氧化氣氛和燃氣腐蝕條件下長時間承受較大的工作載荷，是航空航天、艦船、發電和石油化工等工業的重要結構材料。高溫合金按生產工藝可分為變形、鑄造、粉末冶金和機械合金化四類。20世紀70年代以后，隨著真空熔鑄、熔模精密鑄造、定向凝固、單晶鑄造、細晶鑄造等熔煉及鑄造技術的發展和應用，出現了一系列性能更高的鑄造高溫合金，這些高性能鑄造高溫合金的發展和應用滿足了航空噴氣發動機和工業燃氣渦輪機等熱端部件性能方面的發展需求，從而使鑄造高溫合金的應用變得越發重要和廣泛。

鑄造高溫合金因成分中活性元素較多，對雜質含量要求嚴格，故多采用雙真空熔鑄工藝，即將原材料先在真空感應爐內熔煉并鑄造成母合金錠，然后再在真空感應爐內將母合金錠重熔并澆注成鑄件。因此最初的高溫合金母合金錠的質量對高溫合金鑄件的質量有很大影響。目前隨著科技的進步、航空航天發動機以及工業燃氣輪機等性能的提高，對高溫合金材料的品質提出了越來越高的要求。然而，由于我國目前的技術水平和設備能力有限，高溫合金材料的生產水平與美國、俄羅斯等國存在較大的差距。我國采用傳統真空熔鑄工藝預制的高溫合金母合金的質量較差，母合金錠中夾雜物、元素偏析和縮孔等鑄造缺陷比較嚴重，高溫合金母合金的質量以及高溫合金鑄件的合格率遠遠低于國外技術發達國家同類高溫合金母合金的質量以及高溫合金鑄件的合格率。高品質高溫合金材料的供應已嚴重制約了我國國防工業和電力、汽車、醫療等領域的發展，提高我國高溫合金母合金的純凈度和均勻性、改善高溫合金鑄件的質量已成為當前我國冶金工作者一項重要而迫切的任務。

2008年申請人在《稀有金屬材料與工程》刊登的文章“K417高溫合金母合金錠的真空電磁鑄造技術研究”中提出了在高溫合金金屬液凝固過程中施加旋轉電磁攪拌的方法來高溫合金母合金錠質量的方法，該方法能夠細化高溫合金母合金錠的晶粒組織、改善中心縮孔和夾雜物的數量和分布、減輕枝晶偏析，但該方法通過延遲電磁攪拌的開始時間來解決金屬液剛澆入鑄型內就進行旋轉電磁攪拌會導致未形成表面凝殼的金屬液面波動比較大、金屬液在電磁力的作用下會沿著模壁攀升后凝固形成大飛邊從而惡化鑄件凝固過程中縮孔的補縮條件這一問題，這就導致在金屬液凝固過程中電磁攪拌時間的減少，因此電磁攪拌在母合金錠中的作用范圍和效果有限。

發明內容

本發明的目的是提供一種改善高溫合金母合金錠質量的方法和裝置。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的施加復合電磁場改善高溫合金母合金錠質量的裝置，包括真空中頻感應熔煉爐，在真空中頻感應熔煉爐內部中心處設有奧氏體不銹鋼錠模，在奧氏體不銹鋼錠模外側設有直流電磁場發生器和雙向低頻交流旋轉電磁場發生器，在奧氏體不銹鋼錠模上方設有澆冒口系統和泡沫陶瓷過濾器。

在奧氏體不銹鋼錠模外側，距其上端面10-100?mm處設置一個磁感應強度為100-300mT的直流電磁場發生器。

在奧氏體不銹鋼錠模外側，距其下端面20-250?mm處設置一個頻率為3-60?Hz、輸入電流為60-200A的雙向低頻交流旋轉電磁場發生器。

本發明的施加復合電磁場改善高溫合金母合金錠質量的方法，該方法包括以下步驟：

（1）將高溫合金爐料加入真空中頻感應熔煉爐的坩堝中，通電加熱、熔化和精煉；

（2）?將金屬液經泡沫陶瓷過濾后通過澆冒口系統澆注到奧氏體不銹鋼錠模中，當金屬液液面和直流電磁場發生器中心面平齊時停止澆注；

（3）分別接通直流電磁場發生器、雙向低頻交流旋轉電磁場發生器的電源，30-240秒鐘后，當金屬液完全凝固時，分別斷開直流電磁場發生器、雙向低頻交流旋轉電磁場發生器的電源。

本發明的基本構思是錠模采用透磁性好的奧氏體不銹鋼制作，在奧氏體不銹鋼錠模的外側上、下部位依次設置兩個電磁場發生器，上部為穩恒直流電磁場發生器，其中心面與型殼中的金屬液面平齊，下部為雙向低頻交流旋轉電磁場發生器。當金屬液剛被澆入奧氏體不銹鋼錠模中就接通穩恒直流電磁場發生器和雙向低頻交流旋轉電磁場發生器的電源。