[發(fā)明專利]一種電子束熔煉技術(shù)高純化制備鎳基高溫合金的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710756120.8
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107574322B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚毅;趙龍海;尤啟凡;游小剛
• 申請（專利權(quán)）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(fā)明公開了一種電子束熔煉技術(shù)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(fā)明可以大幅度提高合金鑄錠冶金質(zhì)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(nèi)，有效縮短后續(xù)熱處理等工藝的時間；可實現(xiàn)大型鑄錠的工程化制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電子束熔煉技術(shù)高純化制備鎳基高溫合金的方法。

背景技術(shù)

航空發(fā)動機是制約我國航空事業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。先進的航空發(fā)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(wěn)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(shù)之一。造成國內(nèi)與國外差距巨大的重要原因是國內(nèi)生產(chǎn)的合金雜質(zhì)元素控制水平較低，冶金質(zhì)量較差。合金雜質(zhì)元素對高溫合金持久、蠕變等性能會產(chǎn)生嚴重的影響，必須把它們的含量和數(shù)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(chǎn)流程中非常重要的一環(huán)。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(nèi)的鎳基高溫合金制備技術(shù)是在真空感應(yīng)熔煉(VIM)的基礎(chǔ)上，結(jié)合真空自耗(VAR)技術(shù)及電渣重熔(ESR)技術(shù)，使用雙聯(lián)熔煉工藝(VIM+VAR或VIM+ESR)或三聯(lián)熔煉工藝(VIM+ESR+VAR)制備合金鑄錠。真空感應(yīng)熔煉技術(shù)使用的耐火材料會引進新的雜質(zhì)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(shù)的ESR及VAR技術(shù)雖然大大改善了VIM技術(shù)遺留的問題，但其所生產(chǎn)的鑄錠同樣存在諸多不足之處。如ESR技術(shù)熔渣吸收氣體，可能與熔體反應(yīng)生成新的雜質(zhì)；VAR所得鑄錠表面質(zhì)量較差，且由于縮孔不能完全消除導致合金鑄錠內(nèi)部質(zhì)量較差，雜質(zhì)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(shù)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(xiàn)對金屬材料的熔煉、提純與去雜。其真空度相對于傳統(tǒng)熔煉技術(shù)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(fā)性雜質(zhì)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(zhì)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(shù)的高純化制備鎳基高溫合金的方法亟待研發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，而提供一種電子束熔煉技術(shù)高純化制備鎳基高溫合金的方法。本發(fā)明基于電子束優(yōu)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(zhì)富集區(qū)，可以大幅度提高合金鑄錠冶金質(zhì)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(nèi)，有效縮短后續(xù)熱處理等工藝的時間；所開發(fā)裝備可實現(xiàn)大型鑄錠工程化制備。

本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種電子束熔煉技術(shù)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(zhì)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(nèi)的精煉水冷銅坩堝中，其余置于加料機構(gòu)上；

S2、熔煉準備

S21、真空預抽：加料完畢后，關(guān)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(nèi)、第一電子槍槍體和第二電子槍槍體抽高真空；