[發明專利]一種難變形高溫合金制備用電子束誘導層凝裝置及方法

在審

• 申請號: 202010856122.6
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN111910093A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 張瑞;崔傳勇;周亦胄;孫曉峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C1/06;C22B9/22;C22B9/04;B22D27/04;C22C19/05
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司 11614
• 代理人: 李兮

本發明公開了一種難變形高溫合金制備用電子束誘導層凝裝置及方法。該裝置包括爐體、控制單元、感應熔煉單元、電子束提純單元、層凝單元、溫度監測單元和真空單元；感應熔煉單元、提純單元、層凝單元設于爐體內；感應熔煉單元用于對合金原料熔煉和精煉；電子束提純單元用于對熔煉和精煉后得到的熔體提純處理；層凝單元用于對提純后熔體冷卻并使其形成層凝結構；溫度監測單元用于監測所述感應熔煉單元和所述層凝單元中的熔體溫度；控制單元用于控制感應熔煉單元、提純單元、層凝單元、溫度監測單元和真空單元的自動化運行；真空單元用于為爐體提供真空環境。本發明裝置有助于解決難變形高溫合金偏析嚴重、組織粗大和熱塑性差的技術瓶頸。

技術領域

本發明屬于難變形高溫合金制備技術領域，更具體地，涉及一種難變形高溫合金制備用電子束誘導層凝裝置及方法。

背景技術

作為發動機的核心熱端部件，高溫合金渦輪盤必須具有不斷提高的承溫承載能力，高溫合金渦輪盤的制備技術成為現代航空發動機設計與制造的重大關鍵技術之一。目前，高性能航空發動機中渦輪盤的承溫能力在700～800℃之間，所用難變形高溫合金中Al+Ti+Nb含量高達10wt％，強化相含量在45～55％之間，接近鑄造高溫合金的水平。

渦輪盤的制備工藝主要包括合金設計、三聯冶煉(真空感應(VIM)+電渣重熔(ESR)+真空自耗自耗(VAR))、均勻化退火、反復鐓拔開坯、模鍛成型和熱處理，最終制備成渦輪盤。現有的三聯冶煉工藝存在生產周期長、成本高和材料的收得率較低等不足，尤其是無法解決合金元素偏析嚴重和熱塑性差的技術瓶頸，導致合金的熱加工性能極差。這些問題極大地限制了難變形高溫合金水平的發展，并嚴重影響了相關型號發動機的研制。

目前，真空感應熔煉技術是生產高溫合金最成熟的技術，該技術對原材料尺寸和形狀均無要求。但傳統真空感應熔煉得到的難變形合金鑄錠存在元素偏析程度高、組織比較粗大和大量縮孔等問題，其熱加工能力很差。對于難變形高溫合金真空感應熔煉獲得的鑄錠需要進一步精煉提純才能進行高溫變形。電子束提純高溫合金技術在溫度、真空度以及凝固控制等方面具有明顯的優勢。此外，電子束的可控性好，可通過控制電子束來控制熔池的加熱部位，從而保證熔池溫度分布均勻，得到表面質量優良的鑄錠。但是，電子束提純過程中熔化原料的速度慢，明顯增加了高能電子束系統的能耗，降低了電子槍的使用壽命；此外，現有電子束制備高純合金只要求去除雜質元素，對金屬的凝固組織無要求。因此，現有的電子束精煉提純技術無法滿足難變形高溫合金對元素偏析和調控凝固組織的需求。

發明內容

本發明的目的是針對難變形高溫合金傳統三聯冶煉周期長、成本高、鑄態組織偏析嚴重和晶粒粗大的問題，提供一種難變形高溫合金制備用電子束誘導層凝裝置及方法，該裝置有助于解決難變形高溫合金偏析嚴重、組織粗大和熱塑性差的技術瓶頸，從而實現難變形高溫合金的低成本、短流程制備新工藝，為變形高溫合金及其關鍵部件制造技術的發展和應用提供技術支撐。

為了實現上述目的，本發明的一方面提供一種難變形高溫合金制備用電子束誘導層凝裝置，該裝置包括：爐體，控制單元、感應熔煉單元、電子束提純單元、層凝單元、溫度監測單元和真空單元；

所述感應熔煉單元、提純單元、層凝單元設置于所述爐體內；

所述感應熔煉單元用于對合金原料進行熔煉和精煉；

所述電子束提純單元用于對熔煉和精煉后得到的熔體進行提純處理；

所述層凝單元用于對提純后的熔體進行冷卻并使其形成層凝結構；

所述溫度監測單元用于監測所述感應熔煉單元和所述層凝單元中的熔體溫度；

所述控制單元用于控制感應熔煉單元、提純單元、層凝單元、溫度監測單元和真空單元的自動化運行；

所述真空單元用于為爐體提供真空環境。