[发明专利]高温合金的真空冶炼工艺

说明书

技术领域

本发明涉及合金冶炼工艺，具体涉及一种高温合金的真空冶炼工艺。

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)，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，从而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的使用性能和寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种脱氧效果好、提高合金熔液的纯净度，减少合金元素的偏析，提高合金使用性能及寿命的高温合金的真空冶炼工艺。

本发明所述的高温合金的真空冶炼工艺，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，再加入高温合金所有元素冶炼至全部熔化形成金属熔液；

(2)第二步碳脱氧：

金属熔液温度升至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)冷冻金属熔液：

降温，温度降至1360～1380℃；

(5)出钢浇注：

升温，温度升至1450～1470℃时，进行出钢浇注。

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)金属熔液温度升至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，再将金属熔液温度升至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。

步骤(3)金属钙的用量为高温合金总质量的0.02～0.05％。金属钙应在最后加入，加入量过大，会在金属熔液中形成脱氧反应夹杂物，因此要严格控制金属钙的加入量。加入金属钙进行深脱氧后要进行排渣处理也十分重要。

步骤(4)冷冻金属熔液，可以采用停电后，自然降温的形式，也可以采用其他降温形式，本发明优选停电自然降温的形式。

本发明的有益效果如下：

本发明采用了二次加碳深脱氧工艺、金属钙脱氧工艺以及冷冻金属熔液工艺，在开始冶炼前先加入占高温合金总含碳量的二分之一的石墨，石墨加在坩埚的底部。待加入的金属全部熔化后，将金属熔液升到一定温度，进行二次加碳操作进一步深脱氧，降低功率开始精炼，在熔炼的后期冷冻金属熔液之前，加入金属钙进行钙脱氧，最后进行冷冻金属熔液处理，保证最大限度的降低高温合金中O，N，H有害气体的含量和低熔点有害杂质的含量，达到纯净合金熔液，减少合金元素的偏析，保证合金性能的目的。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

按照K4169合金的标准采用本发明的真空冶炼工艺进行生产，其化学成分如表1所示，其性能见表2。

以200Kg真空炉为例，本发明的真空冶炼工艺如下：

(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，再加入所有元素于1570±10℃下冶炼25min，至全部熔化形成金属熔液；石墨采用光谱石墨电极破碎至2～5mm的颗粒；

(2)第二步碳脱氧：