[发明专利]一种镍基高温合金母合金纯净化熔炼方法

说明书

一种镍基高温合金母合金的纯净化熔炼方法，步骤如下：(1)对金属原材料进行盐酸和超声处理；配制CaO‑CaF₂预熔渣；将预熔渣与纯镍粉均匀混合并压块；(2)将原料和压块一起放入坩埚中，抽真空；熔化后加入C、Nb、Ti、Al；充氩气，加入B和Zr，直至合金液再次熔化后浇注到钢模中，得到高温合金铸锭；去除铸锭的氧化皮、冒口，得到高温合金精料；(3)将精料放入铜坩埚中；抽真空，进行熔化，快速凝固，得到高温合金母合金。本发明真空感应熔炼时进行有渣精炼，硫、磷含量低；铜坩埚可避免坩埚对合金熔体的污染；磁悬浮可促使非金属夹杂物上浮；氧、氮含量低，从而减少合金液冷却、凝固过程中形成的非金属夹杂物的数量；利用现有的成熟的熔炼设备，操作方便。

技术领域

本发明属于高温合金的纯净化熔炼领域，涉及镍基高温合金的熔炼。

背景技术

镍基高温合金是航空发动机热端部件(叶片和涡轮盘)的首选材料，母合金的纯净度是影响其服役寿命的关键因素。母合金的纯净度包括氧、氮、硫、磷等有害元素和非金属夹杂物。当前，高温合金母合金的纯净化熔炼技术主要是真空感应熔炼(Vacuum InductionMelting,VIM)。真空感应熔炼技术的优点是技术成熟，简便易行，在工业生产中得到广泛应用。但是对于要求纯净度很高的高温合金，VIM技术仍存在以下不足：陶瓷坩埚的污染问题；不能去除硫、磷等有害元素；不能有效去除非金属夹杂物。

真空磁悬浮熔炼技术(Vacuum Magnetic Levitation Melting,VMLM)采用铜坩埚作为反应器，熔炼过程中钢液呈悬浮状态，避免了坩埚壁对钢液的污染；其感应产生的巨大的洛伦兹力能够很好地去除夹杂物；具有快速高效的特点。

本发明针对真空感应熔炼(VIM)存在的上述不足，提出一种镍基高温合金母合金的纯净化熔炼技术，即真空感应熔炼+真空磁悬浮熔炼(VIM+VMLM)的双联熔炼工艺。

发明内容

本发明目的在于提供一种镍基高温合金母合金的纯净化熔炼技术，旨在提高镍基高温合金母合金的纯净度。本发明涉及的镍基高温合金，其化学成分范围包括《GB/T14992-2005高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号》标准中镍为主要元素的高温合金。

一种镍基高温合金母合金纯净化熔炼方法，其特征在于所述高温合金包括《GB/T14992-2005高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号》标准中镍为主要元素的高温合金；具体工艺步骤为：

(1)原料预处理和压块：以块状纯镍、纯铬、纯钴、纯钨、纯钼、纯铌、纯铝、纯钛、纯铁、高纯石墨以及硼、锆作为原材料进行预处理，各种原材料的纯度均大于99.9％；配制CaF₂百分含量为5～20wt.％的CaO-CaF₂渣，进行熔化，保温10～30min后冷却，并机械破碎成粒度0.1～5mm的预熔渣；将预熔渣与纯镍粉末按1:1～1:5(质量比)进行均匀混合，并压成块状；压块在使用前在热处理炉中进行烘烤，温度为200～300℃，时间为6～10小时，去除其中的水分；

(2)按比例称取步骤(1)中各种原材料，先将与O、N亲和力较低的元素Ni、Cr、Co、W、Mo、Fe金属块和CaO-CaF₂预熔渣压块一起放入真空感应熔炼的坩埚中，进行真空熔炼得到高温合金铸锭，其中压块占合金原材料的比例为3～9wt.％；坩埚材质为氧化镁；

(3)将步骤(2)制备的高温合金铸锭去除氧化皮、冒口后，得到高温合金精料；

(4)将步骤(3)制备的高温合金精料放入真空磁悬浮熔炼炉的铜坩埚中熔炼得到高温合金母合金。

进一步地，步骤(1)所述预处理是：金属原材料在5vol.％盐酸水溶液中进行预处理，去除表面氧化物，预处理时间为20～40min；将盐酸处理后的各种金属原材料放在无水乙醇中进行超声处理，处理时间为10～20min。