[發明專利]一種控制粉末冶金高溫合金母合金中非金屬夾雜物的方法

有效

• 申請號: 201811259985.4
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109161697B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 章林;高小勇;曲選輝;陳曉瑋;宋利軍;欒益鋒
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22B9/18
• 分類號: C22B9/18;C22C1/02;C22C1/04
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種控制粉末冶金高溫合金母合金中非金屬夾雜物的方法，步驟如下：(1)對金屬原材料進行鹽酸和超聲處理；(2)真空感應熔煉：將Ni、Cr、Co、W、Mo等放入坩堝中抽真空；熔化后加入C、Nb、Ti、Al；充氬氣，加入B和Zr，直至合金液再次熔化后澆注到鋼模中，得到高溫合金鑄錠；(3)真空電渣重熔：抽真空至0.01～100Pa，然后充高純氬氣至0.01～0.06MPa；采用含有MgF₂和CeO₂的渣料，得到精料；(4)真空磁懸浮感應熔煉：將精料放入銅坩堝中；熔化后進行快速凝固，去除鑄錠上端面的夾雜物；再次真空磁懸浮感應熔煉，冷卻后去掉上端面的夾雜物，得到高純粉末冶金高溫合金母合金。本發明可使粉末冶金高溫合金母合金中非金屬夾雜物的尺寸和數量都顯著下降，并且分布更加均勻。

技術領域

本發明屬于粉末冶金高溫合金的制備領域，更詳細地，涉及一種使用多聯真空熔煉工藝來減少粉末冶金高溫合金母合金中非金屬夾雜物的制造方法。

背景技術

粉末冶金高溫合金是國防、軍工設備比如航空發動機熱端部件(渦輪盤)的首選材料，其特點是無宏觀偏析、組織均勻、晶粒細小、具有優異的力學性能和熱工藝性能，有效地保證了發動機的可靠性和耐久性，而且可以近凈成形，制造周期短。由于粉末冶金高溫合金化學成分(活波元素Al、Ti含量高)和制造工藝的特殊性，粉末冶金高溫合金的組織中經常存在原始顆粒邊界、熱誘導孔洞和夾雜物等缺陷。這些缺陷顯著降低粉末冶金高溫合金零件的力學性能和加工性能，影響發動機的安全性和可靠性，嚴重束縛了粉末冶金高溫合金的發展和應用。而這些缺陷都與粉末冶金高溫合金的非金屬夾雜物(氧化物、氮化物)和氣體元素(O、N)有直接關系。粉末冶金高溫合金含有較多的活波元素Al和Ti，非常容易與合金中的O和N反應，生成Al₂O₃、TiO₂、TiN等氧化物、氮化物夾雜物，因此對氣體元素(O、N)的要求很嚴格。特別地，TiN經常以具有尖角部的長方體或四方體形狀存在，成為裂紋萌生的起點。

母合金制備是粉末冶金高溫合金生產中的第一道工序，也是最為關鍵的工序之一。制備出夾雜物和氣體含量低的粉末冶金高溫合金母合金，可以降低甚至消除合金中的原始顆粒邊界、熱誘導孔洞和夾雜物等缺陷，顯著改善渦輪盤等零件的組織和性能。因此，先進的母合金制備技術是獲得高品質的高溫合金粉末，從而消除合金內部冶金缺陷，保證粉末冶金高溫合金渦輪盤等零件質量的關鍵環節。

目前粉末冶金高溫合金母合金的制備技術主要是真空感應熔煉(VIM)和真空感應熔煉+電渣重熔(VIM+ESR)。真空感應熔煉技術在精確控制合金成分、去除合金中氣體雜質及有害元素方面優勢顯著。但是由于陶瓷坩堝的使用，母合金中不可避免的會引入陶瓷和夾雜缺陷。此外，母合金在凝固過程中還會產生縮孔、疏松、偏析等缺陷。上述缺陷會對高溫合金粉末的制備產生較大影響。母合金中的夾雜物在制粉過程中無法去除，縮孔、疏松等缺陷還會造成空心粉和粉末表面的氧化。

真空電渣重熔技術在去除外來夾雜物和大型夾雜物方面優勢顯著，并使內生夾雜物彌散分布。同時，電渣重熔具有順序凝固的特點，組織致密，有利于維持高溫合金粉末制備過程的工藝穩定性。但是真空度較高，導致氮化物系夾雜物較多。

真空磁懸浮感應熔煉技術采用銅坩堝作為反應器，熔煉過程中鋼液呈懸浮狀態，避免了坩堝壁對鋼液的污染；其感應產生的巨大的洛倫茲力能夠很好地去除夾雜物尤其是氮化物；其生產具有快速高效的特點。

本發明利用真空感應熔煉、真空電渣重熔和真空磁懸浮感應熔煉的各自優點，提出了一種控制粉末冶金高溫合金母合金中非金屬夾雜物的方法。

發明內容

本發明目的在于提供一種控制粉末冶金高溫合金母合金中非金屬夾雜物的方法，旨在提高粉末冶金高溫合金母合金的純凈度，減少夾雜物的數量，減小夾雜物的尺寸。