[發明專利]一種能夠實現K4202高溫合金晶粒細化的成型方法

在審

• 申請號: 202310260529.6
• 申請日: 2023-03-17
• 公開（公告）號: CN116334422A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 張鵬居;樊占超;紀艷卿;常玎凱;焦自翔;謝晉;任新苗
• 申請（專利權）人: 西安航天發動機有限公司
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;B22C7/02;B22C9/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗筠

本發明涉及一種能夠實現K4202高溫合金晶粒細化的成型方法。通過將母合金與鎳紙包裹的TiC粉末一起放入坩堝，在真空熔煉爐中完成熔煉澆注過程。通過金屬液毛細作用以及TiC顆粒自擴散，使得TiC顆粒均勻彌散分布在熔體中，為熔體晶體生長提供異質形核質點。TiC為熔點高且有良好的熱穩定性陶瓷顆粒，與鎳基合金均為共格界面，與K4202高溫合金有著很好的潤濕性。TiC的引入避免了傳統細化劑通過中間合金引入而帶入雜質和改變化學成分的風險。K4202高溫合金晶粒尺寸得到巨大改善，提高了其700℃高溫及室溫力學性能。除此之外，本發明流程簡單，經濟高效，完全符合工業實際生產，對同類合金的晶粒細化有重要參考價值。

技術領域

本申請涉及鎳基高溫合金鑄件材料晶粒細化的技術領域，特別是一種能夠實現K4202高溫合金晶粒細化的成型方法。

背景技術

K4202高溫合金屬于鎳基高溫合金，具有優異的高溫力學性能，目前廣泛應用于航空、航天、核動力等重要領域。其中，航天用某型重要零部件材質為K4202高溫合金，通過熔模精密鑄造技術生產制備。然而，熔模鑄造高溫合金鑄件大都存在著晶粒粗大和組織不均勻，以及伴生著偏析增大和縮孔增多現象，降低了鑄件的疲勞性能可靠性，力學性能數據分散，解決這一系列問題的關鍵在于減小晶粒尺寸，獲得均勻的細晶鑄件。高溫合金細晶鑄造可使鑄件獲得細小、均勻的等軸晶，從而提高鑄件的中、低溫低周疲勞性能，并顯著減小鑄件力學性能數據的分散度，從而提高鑄件的設計容限。

名稱為“一種高溫合金晶粒的細化方法”的中國專利CN109385546A中通過提供梯度磁場和惰性氣體的環境，對高溫合金進行熔融處理和冷卻從而達到合金晶粒細化的目的。然而這種方法成本高、復雜不宜于工業化生產。名稱為“一種高溫合金晶粒細化方法”的中國專利CN111230015A中介紹了一種通過不同溫度下的鍛造工藝實現高溫合金晶粒細化的方法。然而這種鍛造工藝方法流程復雜繁瑣，且生產產品種類受限，不適合復雜葉輪類零件產品的生產。

因此，亟需一種流程簡單、低廉高效的高溫合金晶粒細化方法，為K4202高溫合金在鑄造工業上的應用、對K4202高溫合金鑄件產品性能的提高提供參考和幫助。

發明內容

本申請提供一種能夠實現K4202高溫合金晶粒細化的成型方法，其不需要大幅度更改生產工藝技術、流程簡單、低廉高效，僅通過調整合金熔煉時TiC粉末的添加便可降低合金的晶粒尺寸，同時提高合金的高溫力學性能。

為解決上述技術問題，本發明提供一種K4202高溫合金的晶粒細化方法，包括以下步驟：

(1)制備成型試棒蠟模以及澆注系統蠟模；

(2)蠟模表面精修并將試棒蠟模與澆注系統蠟模進行組合，以制備模殼；

(3)900℃～1000℃下對模殼高溫焙燒并保溫3h以上；

(4)按比例稱取K4202高溫合金棒料、TiC粉末，并對合金棒料進行吹砂、烘干處理；

(5)在坩堝中投入K4202高溫合金棒料以及鎳箔包裹的TiC粉末，然后置于真空熔煉爐加熱至完全熔化；

(6)待合金液溫度升至1435～1445℃時，將熔融金屬液澆注入模殼中成型。

優選地，所述步驟(2)中模殼制備過程控制生產環境溫濕度要求環境溫度：23±2℃；沾漿、控漿、淋砂過程控制要求：沾漿時模組浸入漿液時間約70～90s；控漿時間在1～2min，控漿過程中，澆口杯朝上進行緩慢旋轉；撒砂種類及目數要求：面層：80/100目鋯英砂，相對濕度：55％～65％，干燥時間：36h～42h；第二層～第三層：40/60目上店砂，相對濕度：40％～60％，干燥時間：22h～26h；第四層～第六層：20/40目上店砂，相對濕度：40％～60％，干燥時間：22h～26h；第七層：封漿，相對濕度：40％～60％，干燥時間：≥48h。