[發(fā)明專(zhuān)利]一種細(xì)化鎳基變形高溫合金中氮化物系夾雜物的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811259996.2
• 申請(qǐng)日: 2018-10-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109295330B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 章林;高小勇;曲選輝;陳曉瑋;欒益鋒;宋利軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C1/03
• 分類(lèi)號(hào): C22C1/03;C22C19/05
• 代理公司: 北京市廣友專(zhuān)利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種細(xì)化鎳基變形高溫合金中氮化物系夾雜物的方法，步驟如下：(1)對(duì)金屬原材料進(jìn)行表面預(yù)處理；(2)真空感應(yīng)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，完全熔化后澆注到鋼模中，得到高溫合金電極；(3)真空電渣重熔：采用含有0.01～0.5wt.％MgO的渣料，抽真空至0.01～100Pa，然后充高純氬氣至0.01～0.06MPa；化渣，精煉。本發(fā)明利用電渣重熔時(shí)熔渣與合金液的冶金反應(yīng)，形成細(xì)小的均勻分布的MgO系夾雜物，為后續(xù)氮化物系夾雜物的形成提供核心；氮化物系夾雜物尺寸減小，分布更加均勻。真空電渣重熔可以減少氮化物系夾雜物的數(shù)量；通過(guò)控制電渣中MgO含量和電渣重熔的工藝參數(shù)，可精確控制合金中Mg含量和Mg系氧化物夾雜物的數(shù)量和尺寸，工藝穩(wěn)定，成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高溫合金的制備領(lǐng)域，更詳細(xì)地，涉及一種使用電渣重熔工藝來(lái)細(xì)化鎳基變形高溫合金中氮化物系夾雜物的方法。

背景技術(shù)

高溫合金是使用溫度超過(guò)650℃的合金，具有良好的熱穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性。按其生產(chǎn)工藝可以分為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末冶金高溫合金三大類(lèi)。按其成分又可分為三大類(lèi)：鎳基高溫合金、鈷基高溫合金和鐵基高溫合金。其中鎳基變形高溫合金具有良好的力學(xué)性能和綜合的強(qiáng)度、韌性指標(biāo)，以及良好的抗熱疲勞、抗熱腐蝕和耐磨蝕性能。因此廣泛應(yīng)用于航天、航空、核能、石油等領(lǐng)域。

鎳基變形高溫合金通常包含Ti作為強(qiáng)化元素，并且通過(guò)時(shí)效處理引起Ni₃(Al,Ti)、Ni₃Ti金屬間化合物析出來(lái)實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度。然而，Ti是強(qiáng)氮化物和強(qiáng)碳化物形成元素，在合金熔煉和凝固過(guò)程中容易形成TiN、TiCN等氮化物系夾雜物。而且，此類(lèi)夾雜物經(jīng)常以具有尖角的長(zhǎng)方體或正方體形狀存在。如果夾雜物尺寸小，則它們幾乎不會(huì)成為高溫合金疲勞破壞的起點(diǎn)。然而，如果夾雜物尺寸較大，則可能引起疲勞破壞。而且，此類(lèi)夾雜物在鍛造變形和熱處理過(guò)程中幾乎不能消除。

TiN、TiCN等氮化物系夾雜物的生成包括形核和長(zhǎng)大兩個(gè)階段。其形核方式包括均質(zhì)形核和異質(zhì)形核兩種。均質(zhì)形核是依靠自身的能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏進(jìn)行形核。異質(zhì)形核是借助其它已經(jīng)存在的質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行形核，比如合金液中已經(jīng)存在的MgO、Al₂O₃等氧化物系夾雜物質(zhì)點(diǎn)。因此，本發(fā)明的目的是從形核和長(zhǎng)大的角度尋找一種可以細(xì)化氮化物系夾雜物的方法，從而減小此類(lèi)夾雜物的尺寸，提高零件的使用壽命。

電渣重熔技術(shù)在去除外來(lái)夾雜物和大型夾雜物方面優(yōu)勢(shì)顯著。同時(shí)，電渣重熔具有順序凝固、快速冷卻的特點(diǎn)，組織致密，內(nèi)生夾雜物分布均勻。在電渣重熔過(guò)程中，熔融的爐渣與合金液發(fā)生冶金反應(yīng)。在高溫合金電渣重熔過(guò)程中，合金液中的Al、Ti與熔渣中的MgO發(fā)生反應(yīng)，生成溶解鎂進(jìn)入合金液中。由于溶解鎂具有很強(qiáng)的與氧結(jié)合的能力，因此合金液中將出現(xiàn)尺寸很小的MgO系夾雜物(MgO-Al₂O₃、MgO-Al₂O₃-TiO₂等)。本發(fā)明基于上述冶金反應(yīng)，提出通過(guò)在熔渣中加入適量MgO來(lái)給氮化物系夾雜物的形成提供核心，使其異質(zhì)形核，從而達(dá)到細(xì)化氮化物系夾雜物的目的。由于普通電渣重熔沒(méi)有氬氣和真空氣氛的保護(hù)，氮含量較高，因此本發(fā)明采用真空電渣重熔。而且，真空電渣重熔可以將氧含量控制在10ppm以下。超過(guò)10ppm時(shí)氧化物有長(zhǎng)大的傾向。

但是應(yīng)該注意的是，氮為形成氮化物系夾雜物的核心元素。因此減小此類(lèi)夾雜物危害的最直接的措施是降低氮含量，從而減少其數(shù)量。因此，合金中N含量應(yīng)該低于0.0015wt.％的水平。本發(fā)明是在減少氮化物系夾雜物數(shù)量的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行微細(xì)化處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種細(xì)化鎳基變形高溫合金中氮化物系夾雜物的方法，旨在減小鎳基變形高溫合金中的氮化物系夾雜物的尺寸，提高部件的使用壽命。