[发明专利]施加复合电磁场改善高温合金母合金锭质量的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制备领域，特别涉及到高温合金母合金锭的制备。

背景技术

高温合金能够在600℃～1100℃的高温氧化气氛和燃气腐蚀条件下长时间承受较大的工作载荷，是航空航天、舰船、发电和石油化工等工业的重要结构材料。高温合金按生产工艺可分为变形、铸造、粉末冶金和机械合金化四类。20世纪70年代以后，随着真空熔铸、熔模精密铸造、定向凝固、单晶铸造、细晶铸造等熔炼及铸造技术的发展和应用，出现了一系列性能更高的铸造高温合金，这些高性能铸造高温合金的发展和应用满足了航空喷气发动机和工业燃气涡轮机等热端部件性能方面的发展需求，从而使铸造高温合金的应用变得越发重要和广泛。

铸造高温合金因成分中活性元素较多，对杂质含量要求严格，故多采用双真空熔铸工艺，即将原材料先在真空感应炉内熔炼并铸造成母合金锭，然后再在真空感应炉内将母合金锭重熔并浇注成铸件。因此最初的高温合金母合金锭的质量对高温合金铸件的质量有很大影响。目前随着科技的进步、航空航天发动机以及工业燃气轮机等性能的提高，对高温合金材料的品质提出了越来越高的要求。然而，由于我国目前的技术水平和设备能力有限，高温合金材料的生产水平与美国、俄罗斯等国存在较大的差距。我国采用传统真空熔铸工艺预制的高温合金母合金的质量较差，母合金锭中夹杂物、元素偏析和缩孔等铸造缺陷比较严重，高温合金母合金的质量以及高温合金铸件的合格率远远低于国外技术发达国家同类高温合金母合金的质量以及高温合金铸件的合格率。高品质高温合金材料的供应已严重制约了我国国防工业和电力、汽车、医疗等领域的发展，提高我国高温合金母合金的纯净度和均匀性、改善高温合金铸件的质量已成为当前我国冶金工作者一项重要而迫切的任务。

2008年申请人在《稀有金属材料与工程》刊登的文章“K417高温合金母合金锭的真空电磁铸造技术研究”中提出了在高温合金金属液凝固过程中施加旋转电磁搅拌的方法来高温合金母合金锭质量的方法，该方法能够细化高温合金母合金锭的晶粒组织、改善中心缩孔和夹杂物的数量和分布、减轻枝晶偏析，但该方法通过延迟电磁搅拌的开始时间来解决金属液刚浇入铸型内就进行旋转电磁搅拌会导致未形成表面凝壳的金属液面波动比较大、金属液在电磁力的作用下会沿着模壁攀升后凝固形成大飞边从而恶化铸件凝固过程中缩孔的补缩条件这一问题，这就导致在金属液凝固过程中电磁搅拌时间的减少，因此电磁搅拌在母合金锭中的作用范围和效果有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善高温合金母合金锭质量的方法和装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的施加复合电磁场改善高温合金母合金锭质量的装置，包括真空中频感应熔炼炉，在真空中频感应熔炼炉内部中心处设有奥氏体不锈钢锭模，在奥氏体不锈钢锭模外侧设有直流电磁场发生器和双向低频交流旋转电磁场发生器，在奥氏体不锈钢锭模上方设有浇冒口系统和泡沫陶瓷过滤器。

在奥氏体不锈钢锭模外侧，距其上端面10-100 mm处设置一个磁感应强度为100-300mT的直流电磁场发生器。

在奥氏体不锈钢锭模外侧，距其下端面20-250 mm处设置一个频率为3-60 Hz、输入电流为60-200A的双向低频交流旋转电磁场发生器。

本发明的施加复合电磁场改善高温合金母合金锭质量的方法，该方法包括以下步骤：

（1）将高温合金炉料加入真空中频感应熔炼炉的坩埚中，通电加热、熔化和精炼；

（2） 将金属液经泡沫陶瓷过滤后通过浇冒口系统浇注到奥氏体不锈钢锭模中，当金属液液面和直流电磁场发生器中心面平齐时停止浇注；

（3）分别接通直流电磁场发生器、双向低频交流旋转电磁场发生器的电源，30-240秒钟后，当金属液完全凝固时，分别断开直流电磁场发生器、双向低频交流旋转电磁场发生器的电源。

本发明的基本构思是锭模采用透磁性好的奥氏体不锈钢制作，在奥氏体不锈钢锭模的外侧上、下部位依次设置两个电磁场发生器，上部为稳恒直流电磁场发生器，其中心面与型壳中的金属液面平齐，下部为双向低频交流旋转电磁场发生器。当金属液刚被浇入奥氏体不锈钢锭模中就接通稳恒直流电磁场发生器和双向低频交流旋转电磁场发生器的电源。