[发明专利]一种控制粉末冶金高温合金母合金中非金属夹杂物的方法

说明书

一种控制粉末冶金高温合金母合金中非金属夹杂物的方法，步骤如下：(1)对金属原材料进行盐酸和超声处理；(2)真空感应熔炼：将Ni、Cr、Co、W、Mo等放入坩埚中抽真空；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；(3)真空电渣重熔：抽真空至0.01～100Pa，然后充高纯氩气至0.01～0.06MPa；采用含有MgF₂和CeO₂的渣料，得到精料；(4)真空磁悬浮感应熔炼：将精料放入铜坩埚中；熔化后进行快速凝固，去除铸锭上端面的夹杂物；再次真空磁悬浮感应熔炼，冷却后去掉上端面的夹杂物，得到高纯粉末冶金高温合金母合金。本发明可使粉末冶金高温合金母合金中非金属夹杂物的尺寸和数量都显著下降，并且分布更加均匀。

技术领域

本发明属于粉末冶金高温合金的制备领域，更详细地，涉及一种使用多联真空熔炼工艺来减少粉末冶金高温合金母合金中非金属夹杂物的制造方法。

背景技术

粉末冶金高温合金是国防、军工设备比如航空发动机热端部件(涡轮盘)的首选材料，其特点是无宏观偏析、组织均匀、晶粒细小、具有优异的力学性能和热工艺性能，有效地保证了发动机的可靠性和耐久性，而且可以近净成形，制造周期短。由于粉末冶金高温合金化学成分(活波元素Al、Ti含量高)和制造工艺的特殊性，粉末冶金高温合金的组织中经常存在原始颗粒边界、热诱导孔洞和夹杂物等缺陷。这些缺陷显著降低粉末冶金高温合金零件的力学性能和加工性能，影响发动机的安全性和可靠性，严重束缚了粉末冶金高温合金的发展和应用。而这些缺陷都与粉末冶金高温合金的非金属夹杂物(氧化物、氮化物)和气体元素(O、N)有直接关系。粉末冶金高温合金含有较多的活波元素Al和Ti，非常容易与合金中的O和N反应，生成Al₂O₃、TiO₂、TiN等氧化物、氮化物夹杂物，因此对气体元素(O、N)的要求很严格。特别地，TiN经常以具有尖角部的长方体或四方体形状存在，成为裂纹萌生的起点。

母合金制备是粉末冶金高温合金生产中的第一道工序，也是最为关键的工序之一。制备出夹杂物和气体含量低的粉末冶金高温合金母合金，可以降低甚至消除合金中的原始颗粒边界、热诱导孔洞和夹杂物等缺陷，显著改善涡轮盘等零件的组织和性能。因此，先进的母合金制备技术是获得高品质的高温合金粉末，从而消除合金内部冶金缺陷，保证粉末冶金高温合金涡轮盘等零件质量的关键环节。

目前粉末冶金高温合金母合金的制备技术主要是真空感应熔炼(VIM)和真空感应熔炼+电渣重熔(VIM+ESR)。真空感应熔炼技术在精确控制合金成分、去除合金中气体杂质及有害元素方面优势显著。但是由于陶瓷坩埚的使用，母合金中不可避免的会引入陶瓷和夹杂缺陷。此外，母合金在凝固过程中还会产生缩孔、疏松、偏析等缺陷。上述缺陷会对高温合金粉末的制备产生较大影响。母合金中的夹杂物在制粉过程中无法去除，缩孔、疏松等缺陷还会造成空心粉和粉末表面的氧化。

真空电渣重熔技术在去除外来夹杂物和大型夹杂物方面优势显著，并使内生夹杂物弥散分布。同时，电渣重熔具有顺序凝固的特点，组织致密，有利于维持高温合金粉末制备过程的工艺稳定性。但是真空度较高，导致氮化物系夹杂物较多。

真空磁悬浮感应熔炼技术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尤其是氮化物；其生产具有快速高效的特点。

本发明利用真空感应熔炼、真空电渣重熔和真空磁悬浮感应熔炼的各自优点，提出了一种控制粉末冶金高温合金母合金中非金属夹杂物的方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种控制粉末冶金高温合金母合金中非金属夹杂物的方法，旨在提高粉末冶金高温合金母合金的纯净度，减少夹杂物的数量，减小夹杂物的尺寸。