[發明專利]一種電子束熔煉技術高純化制備鎳基高溫合金的方法

有效

• 申請號: 201710756120.8
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107574322B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 譚毅;趙龍海;尤啟凡;游小剛
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22B9/22
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李洪福

本發明公開了一種電子束熔煉技術高純化制備鎳基高溫合金的方法，具有如下步驟：S1、原料準備：S11、預處理、S12、加料；S2、熔煉準備：S21、真空預抽、S22、抽高真空、S23、燈絲預熱；S3、熔煉；S4、重復步驟S3，直至得到所需尺寸的合金。本發明可以大幅度提高合金鑄錠冶金質量，同時降低了合金中C、N、P、O等微量元素含量；提高出成率至85％以上；可以將合金的宏觀偏析控制在極小的范圍內，有效縮短后續熱處理等工藝的時間；可實現大型鑄錠的工程化制備。

技術領域

本發明涉及一種電子束熔煉技術高純化制備鎳基高溫合金的方法。

背景技術

航空發動機是制約我國航空事業發展的主要瓶頸。先進的航空發動機需滿足以下四個重要指標：大的推重比、高可靠性、高工作穩定性和低燃油消耗率。要獲得大的推重比，具有先進性能的高溫合金材料是其主要支撐技術之一。造成國內與國外差距巨大的重要原因是國內生產的合金雜質元素控制水平較低，冶金質量較差。合金雜質元素對高溫合金持久、蠕變等性能會產生嚴重的影響，必須把它們的含量和數量控制到盡可能低的水平。所以高溫合金母合金的制備是高溫合金生產流程中非常重要的一環。從熔煉工藝角度進行改進，制備高純化的高溫合金母合金，可以從根本上保證合金的使用性能。

目前國內的鎳基高溫合金制備技術是在真空感應熔煉(VIM)的基礎上，結合真空自耗(VAR)技術及電渣重熔(ESR)技術，使用雙聯熔煉工藝(VIM+VAR或VIM+ESR)或三聯熔煉工藝(VIM+ESR+VAR)制備合金鑄錠。真空感應熔煉技術使用的耐火材料會引進新的雜質導致熔體污染最后駐留在鑄錠中，而且鑄錠晶粒粗大、不均勻、凝固偏析較為嚴重、縮孔大；而作為二次熔煉技術的ESR及VAR技術雖然大大改善了VIM技術遺留的問題，但其所生產的鑄錠同樣存在諸多不足之處。如ESR技術熔渣吸收氣體，可能與熔體反應生成新的雜質；VAR所得鑄錠表面質量較差，且由于縮孔不能完全消除導致合金鑄錠內部質量較差，雜質分解再生成，仍會以彌散分布形式存在于合金中。

電子束熔煉技術在高真空的條件下利用高能量密度的電子束轟擊母材使其完全融化，并使熔池在較高的溫度下保持一定的時間，從而實現對金屬材料的熔煉、提純與去雜。其真空度相對于傳統熔煉技術要高很多，一般在10^-1～10^-3Pa，對于母材中的氣體、非金屬夾雜以及揮發性雜質的去除更完全更徹底。此外，水冷銅坩堝的使用在避免引入新的雜質的情況下，為合金的凝固提供了更大的溫度梯度，使得凝固速率較快，從而獲得低偏析的高溫合金。因此，一種基于電子束熔煉技術的高純化制備鎳基高溫合金的方法亟待研發。

發明內容

根據上述提出的技術問題，而提供一種電子束熔煉技術高純化制備鎳基高溫合金的方法。本發明基于電子束優異的精煉條件，熔煉過程與凝固過程使用的是兩個不同的水冷銅坩堝，使得所得合金沒有雜質富集區，可以大幅度提高合金鑄錠冶金質量，同時降低了合金中C、N、P、O等微量元素含量；提高出成率，至85％以上；可以將合金的宏觀偏析控制在極小的范圍內，有效縮短后續熱處理等工藝的時間；所開發裝備可實現大型鑄錠工程化制備。

本發明采用的技術手段如下：

一種電子束熔煉技術高純化制備鎳基高溫合金的方法，具有如下步驟：

S1、原料準備

S11、預處理：將VIM熔煉得到的鑄錠作為電子束熔煉的原料；在進行熔煉之前將原料的表面進行打磨，去除原料表面的切割痕跡、油污、雜質及缺陷；最后在超聲清洗機中用酒精將原料清洗干凈；

S12、加料：將預處理完的一定量原料作為熔煉所需要的原料加入熔煉腔內的精煉水冷銅坩堝中，其余置于加料機構上；

S2、熔煉準備

S21、真空預抽：加料完畢后，關閉爐門進行真空預抽；

S22、抽高真空：真空預抽完畢，對熔煉腔內、第一電子槍槍體和第二電子槍槍體抽高真空；