[发明专利]含有铝钛硼锆的镍基合金的冶炼工艺

说明书

技术领域

本发明涉及合金冶炼工艺，具体涉及一种含有铝钛硼锆的镍基合金的冶炼工艺。

背景技术

航空航天以及民用高温合金真空冶炼的技术难点在于，严格控制合金中的气体含量（氧，氮，氢），目前按照企业标准，许多合金中氧、氮含量一般在20ppm左右。只有降低合金中的有害杂质含量，减少合金元素的偏析，提高合金熔液的纯净度，才能达到提高合金的使用性能和寿命。然而，真空冶炼过程是一个十分复杂的热加工工艺过程，任何一个工艺步骤的设计都会对合金的气体含量，杂质含量以及合金的性能有重要影响。

合金中的O，N，S在合金溶液中会形成非金属夹杂物，如（Al₂O₃)，（Ti，Ta）C/N，（Ti，Ta）S合金中非金属夹杂物的多少和形态都会对合金综合性能有重大影响。此外合金熔液的纯净度是衡量母合金锭质量和制造水平的重要指标。真空冶炼中是以碳为主要脱氧元素，由于碳的分解反应而达到将金属溶液的氧脱除，从而达到减少合金中的气体含量，纯净金属溶液，提高合金质量的目的。随着碳脱氧反应的进行，一氧化碳气体的溢出，将合金中的氢、氮有害气体带出。氧含量越低，金属熔液更易蒸发，合金中的低熔点有害杂质元素也易于排除。因而，脱氧是真空冶炼过程的一个关键步骤，脱氧效果直接决定了合金中的有害杂质含量，决定着能否提高合金使用性能和寿命。

在航空使用的合金中，组分一般都包括铝、钛、硼、锆等几种低熔点元素。在加入这些低熔点元素进行合金化处理时，如果不严格控制加入的时机、温度、真空度等因素，则会产生较大的烧损和挥发，使合金化学成分难以控制，从而产生废品。具体来说，加入铝、钛、硼、锆时的真空度过低或设备漏气率大，大量的铝、钛、硼、锆元素会产生氧化烧损，成分难以控制。加入铝、钛时金属熔液温度过高，大量的铝、钛则会由于放热放应而产生烧损和挥发。向金属熔液中加入铝、钛时，会产生剧烈的放热反应，尤其是加入量较大时，金属熔液放热反应就大。即使铝、钛加入时金属熔液温度适宜，但由于一次加入量过大，同样会产生烧损和真空挥发使合金化学成分难以控制。另外，由于铝、钛、硼、锆自身较轻，密度小，在加入到金属熔液中后，漂浮在金属熔液表面，如果没有进行充分的搅拌极易产生偏析，会严重影响合金的综合性能。特别的是，硼的加入时间也非常重要，加入过早，极易烧损，加入过晚，易分布不均，因此掌握好硼加入的时间就显得非常重要。

鉴于目前现有技术的情况，亟需开发一种化学成分均匀、低熔点元素烧损及挥发少、合金持久性能和室温拉伸性能强的含有铝钛硼锆的镍基合金的冶炼工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种化学成分均匀、低熔点元素烧损及挥发少、合金持久性能和室温拉伸性能强的含有铝钛硼锆的镍基合金的冶炼工艺。

本发明所述的含有铝钛硼锆的镍基合金的冶炼工艺，包括以下步骤：

（1）第一步碳脱氧：

将占高温合金总含碳质量50%的石墨加入到真空炉坩埚内，置于坩埚最底部，向真空炉坩埚内加入除铝、钛、硼、锆、镍之外的高温合金中的所有元素进行冶炼；

（2）第二步碳脱氧：

温度升至1570～1590℃，向坩埚内加入剩余的石墨，精炼，之后降温；

（3）金属钙脱氧：

加入金属钙，全部熔化后，升温至1550～1570℃，进行精炼，精炼过程中摇动坩埚，使得上浮到金属熔液液面的浮渣排到坩埚壁的后部；

（4）加入铝、钛：

降温至1370～1390℃，向其中加入铝、钛，升温至铝、钛全部熔化；

（5）加入镍硼合金、锆：

保持温度1410～1430℃，向其中加入镍硼合金、锆，升温至镍硼合金、锆全部熔化；

（6）冷冻金属熔液、过滤、浇注：

降温，待温度降至1360～1380℃，再升温至1450～1470℃，采用陶瓷过滤器一边过滤一边浇注。

其中：

步骤（1）石墨为光谱石墨电极破碎至2～5mm的颗粒。

步骤（1）冶炼温度 1560～1580℃，冶炼时间20～30min。

步骤（2）温度升至1570～1590℃，向坩埚内加入剩余的石墨，于功率80KW下精炼20～30min。

步骤（3）加入的金属钙全部熔化后，再将温度升至1550～1570℃，于80KW下进行精炼10min，精炼5min时，开始摇动坩埚，使得上浮到金属熔液液面的浮渣排到坩埚壁的后部，进行排渣处理。