[發(fā)明專利]一種大尺寸高溫合金母合金鑄錠的二次縮孔控制方法

有效

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• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112517862B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發(fā)明（設計）人: 舒德龍;謝君;侯桂臣;王振江;荀淑玲;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: B22D7/00
• 分類號: B22D7/00;B22D7/12
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明涉及合金冶煉及鑄造領域，具體為一種大尺寸鎳基高溫合金母合金鑄錠的二次縮孔控制方法。根據(jù)合金中特征元素的占比，通過經驗公式計算澆鑄速率、澆鑄溫度、錠模預熱溫度等相關澆鑄工藝參數(shù)，澆鑄結束后在真空下保溫一定時間后通入定量氬氣。所述控制方法制定的澆鑄速率、澆鑄溫度及錠模預熱溫度等多項工藝參數(shù)，能夠確保合錠模內的鋼液在凝固期間產生二次縮孔的傾向性較低，最后通入氬氣可起到一定的壓力鑄造效果，有助于進一步減輕二次縮孔，進而提高大尺寸高溫合金鑄錠的冶金質量。本發(fā)明適用于大多數(shù)鑄造高溫合金的母合金真空冶煉，操作簡單，具有較低的實施難度，效果顯著。

技術領域：

本發(fā)明涉及合金冶煉及鑄造領域，具體為一種大尺寸鎳基高溫合金母合金鑄錠的二次縮孔控制方法。

背景技術：

高溫合金中通常含有十余種合金元素，合金化程度高，可兼具優(yōu)異的高溫氧化抗性和力學性能，常被用于制造高溫、高壓環(huán)境下工作服役的渦輪、燃氣輪機的關鍵結構件。由于高溫合金的合金化程度極高，不同元素的熔點各異，因此導致合金在凝固期間各元素的凝固順序具有一定差異，不僅容易造成合金產生宏觀偏析，還容易導致先凝固的固相由于體積收縮導致鑄錠中產生二次縮孔。為減輕鑄造合金的二次縮孔情況，通常采用增加冒口、拓寬澆道等方式優(yōu)化澆鑄系統(tǒng)，但對于母合冶煉來說，由于母合金鑄造系統(tǒng)需要結構簡單、成材率高，盡量減少冒口等結構的原料損耗。因此，通常情況下鑄造母合金中往往存在尺寸較大的二次縮孔。在母合金使用期間，二次縮孔中不僅容易帶入切割時的夾雜物(如：砂礫或切割高溫產生的氧化物等)，影響重熔鑄件的質量；另一方面，當母合金需要進行電渣、真空自耗重熔，或鍛造時，母合金中的大尺寸二次縮孔可影響后續(xù)工藝質量，在一定程度上降低了母合金的加工性。

根據(jù)母合金冶煉的工藝特點，從生產角度出發(fā)，優(yōu)化澆鑄溫度、澆鑄速度、錠模厚度等參數(shù)是較為可行的改善二次縮孔情況的方法。大尺寸鑄錠的凝固順序為由外到內，當縱向某一尺寸處橫向完成液→固轉變后，該位置下部的殘余液相隨后凝固產生體積收縮時無法得到上部鋼液補充，進而導致二次縮孔的形成。目前，鑄造母合金減輕二次縮孔的方法共有兩種：在錠模外側添加降溫介質，澆鑄完成后使鑄錠迅速凝固，使凝固收縮向冷卻收縮轉變；提高澆鑄溫度和錠模預熱溫度，從而提高蓄熱量，降低凝固速率，使芯部的液相可充分補充凝固收縮。前者實施難度較大，加之目前常用的水冷裝置在真空澆鑄系統(tǒng)中存在一定的安全隱患，不適用于大規(guī)模生產；后者雖然操作簡單，但較高的蓄熱量使鑄錠的凝固過程持續(xù)時間較長，影響生產效率。

發(fā)明內容：

為了解決現(xiàn)有技術的缺點與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種經濟實用、操作簡單大尺寸高溫合金母合金鑄錠的二次縮孔控制方法，不僅有助于提高高溫合金母合金的冶金質量，還可降低由于冶金缺陷導致的廢品率，進而推動高溫合金的產業(yè)化發(fā)展，對合金冶煉技術發(fā)展具有重要的社會意義和經濟意義。

本發(fā)明采用的技術解決方案是：

一種大尺寸高溫合金母合金鑄錠的二次縮孔控制方法，包括如下步驟：

第一步，根據(jù)合金中特征元素的占比，通過公式(1)計算相關澆鑄工藝參數(shù)：

其中，λ為合金的線膨脹系數(shù)，φ₁、φ₂、φ₃分別為錠模外徑、錠模內徑以及出鋼口澆鑄束流直徑，T_p為澆鑄溫度，T_s為合金的固相線，T_o為錠模預熱溫度，c_e為合金中共晶構成元素的濃度；

第二步，合金冶煉、澆鑄及保溫，在真空環(huán)境下保溫結束后，向鑄造室通入氬氣至0.3～0.6倍標準大氣壓，待錠模表面顏色完全變暗后，將澆鑄模組移出爐體，澆鑄過程結束。

所述的大尺寸高溫合金母合金鑄錠的二次縮孔控制方法，第一步中，根據(jù)公式(1)初步制定母合金鑄錠的錠模外徑、錠模內徑、出鋼口澆鑄束流直徑、錠模預熱溫度、澆鑄溫度，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行合理分配。