[發(fā)明專利]一種高效抑制高溫合金熔鑄過程表面浮渣的工藝

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• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN115673308A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盛乃成;范世鋼;孫士杰;桑志茹;侯桂臣;王振江;荀淑玲;周亦胄;孫曉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B22D46/00
• 分類號: B22D46/00
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明涉及高溫合金熔鑄工藝領(lǐng)域，具體為一種高效抑制高溫合金熔鑄過程表面浮渣的工藝。該工藝包括以下步驟：(1)制備具有表面無氧化皮等缺陷的母合金錠，合金錠表面需處理至露出金屬光澤；(2)利用氧化鎂、氧化鋯、氧化鋁或鎂鋁坩堝等氧化物陶瓷坩堝熔鑄合金錠，冷堝或熱堝放料；(3)將合金錠加入到坩堝前需將真空抽至10Pa以下，加料完成后大功率送電至合金化清；(4)合金化清時表面浮渣占比低于5％。(5)合金化清后，直接提溫到澆鑄溫度進行零部件澆鑄。采用本發(fā)明方法熔鑄高溫合金，可以有效抑制合金二次熔鑄過程中表面浮渣，降低因浮渣造成的零件報廢，提升高溫合金零部件生產(chǎn)效率及合格率。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及高溫合金熔鑄工藝領(lǐng)域，具體為一種高效抑制高溫合金熔鑄過程表面浮渣的工藝。

背景技術(shù)：

高溫合金是制造先進航空發(fā)動機核心部件的關(guān)鍵材料，其純凈度和性能穩(wěn)定性是決定航空發(fā)動機部件制造成本和可靠性的重要指標。鑄造高溫合金純凈度主要控制兩個方面：第一方面是合金中微量有害雜質(zhì)元素的含量，另一方面是合金在熔煉或二次熔鑄過程中夾雜物的含量控制。近些年來，由于設(shè)備的進步以及相應(yīng)冶煉水平的提升，高溫合金雜質(zhì)元素含量已經(jīng)可以控制到較低水平，比如：O、N、S等元素已經(jīng)可以達到10ppm以下，并且已經(jīng)有證據(jù)表明，合金中有害元素的降低會提升合金的性能。此外，合金中夾雜物因會成為合金變形過程的裂紋源而降低合金的力學性能，如：拉伸性能、持久蠕變性能以及疲勞性能等，在高溫合金中需要嚴格控制。

目前控制夾雜物產(chǎn)生的方法主要為控制原材料以及熔煉過程中陶瓷輔材等，并通過澆注過程的溜槽等系統(tǒng)對浮渣進行過濾，達到降低合金中夾雜物的目的。長久以來，二次熔鑄鑄造高溫合金過程中極易出現(xiàn)表面浮渣，通常通過高溫精煉減少合金表面浮渣，一方面降低了鑄件生產(chǎn)效率，同時導致易揮發(fā)元素(如：Al、Ti、Cr)以及關(guān)鍵有益微量元素(如：C、La、Y、Ce等)的含量難以精確控制，從而影響合金最終性能。此外，當合金中表面浮渣較多時，一旦浮渣控制不佳，會嚴重影響所生產(chǎn)部件的成品率及其可靠性。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種高效抑制高溫合金熔鑄過程表面浮渣的工藝，該方法利用周期爐或半連續(xù)爐熔鑄在不同的鑄造高溫合金體系中抑制浮渣效果明顯，可操作性強，并可在實際生產(chǎn)中使用本發(fā)明方法抑制浮渣。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種高效抑制高溫合金熔鑄過程表面浮渣的工藝，使用純凈高溫合金錠，在氧化物陶瓷坩堝內(nèi)，周期爐或半連續(xù)爐中，通過控制加料方式、加料時間、通電功率過程，達到抑制高溫合金化清后合金表面浮渣的目的，合金化清時表面浮渣面積低于5％。

所述的高效抑制高溫合金熔鑄過程表面浮渣的工藝，周期爐或半連續(xù)爐的漏氣率要求低于20Pa/h，極限真空度要求達到10Pa以下。

所述的高效抑制高溫合金熔鑄過程表面浮渣的工藝，采用砂輪、圓周切、鋸床或線切割方法切割合金錠，要求切割完后表面進行無火花打磨處理，表面無油污，合金錠全表面露出金屬光澤。

所述的高效抑制高溫合金熔鑄過程表面浮渣的工藝，使用等靜壓預(yù)成型坩堝或打結(jié)工藝制備的坩堝，坩堝材料為氧化鎂、氧化鋁、氧化鋯或者鎂鋁坩堝材料。

所述的高效抑制高溫合金熔鑄過程表面浮渣的工藝，利用周期爐或半連續(xù)爐轉(zhuǎn)塔加料。

所述的高效抑制高溫合金熔鑄過程表面浮渣的工藝，真空度達到10Pa以下時加高溫合金錠，合金錠進入坩堝后送電，送電功率要求20～100kW，待合金開化后改用小功率1～30kW至合金化清。

所述的高效抑制高溫合金熔鑄過程表面浮渣的工藝，合金錠為高溫合金材料，合金中含有Ni、Co、Cr、Mo、W、Al、Ti、Nb、Ta、C、B、Zr、Hf元素中的一種或兩種以上。

所述的高效抑制高溫合金熔鑄過程表面浮渣的工藝，合金化清后直接提溫到澆鑄溫度，然后澆鑄，無需進行高溫精煉。