[发明专利]一种电子束熔炼高纯化制备Fe-W中间合金的方法

说明书

本发明公开了一种电子束熔炼高纯化制备Fe‑W中间合金的方法，具有如下步骤：对水冷铜熔炼坩埚中的原料进行电子束熔炼，得到熔融合金；将此时水冷铜熔炼坩埚中部分熔融合金倒入水冷铜凝固坩埚中，待此时倒入水冷铜凝固坩埚中的熔融合金的量能够满足其凝固后的厚度要求时，减小束流功率使水冷铜熔炼坩埚中的熔融合金凝固，并保持红热状态，以不流动为准，同时，水冷铜凝固坩埚中的熔融合金快速凝固；加大束流功率，使水冷铜熔炼坩埚中的红热状态的合金完全熔化；重复上述步骤直至水冷铜熔炼坩埚中熔融合金耗尽，得到位于水冷铜凝固坩埚中的Fe‑W中间合金。本发明可大幅度提高Fe‑W中间合金铸锭的冶金质量，同时降低了合金中杂质元素C、P的含量。

技术领域

本发明涉及一种合金制备方法，具体地说是一种电子束熔炼高纯化制备Fe-W中间合金的方法。

背景技术

中间合金，由于具备相对较低的熔点、化学性质比较稳定等因素常用作熔炼相关合金的添加剂。其中Fe-W合金就是很重要的一种，该中间合金的利用降低了熔炼温度以及生产成本。目前，市场上的Fe-W合金，分为两类：FeW75其含钨量一般在70％～80％左右，杂质含量C≤0.20％，P≤0.04％，S≤0.08％，Si≤0.5％，Mn≤0.25％；FeW80其含钨量一般在75％～85％，杂质含量C≤0.20％，P≤0.04％，S≤0.08％，Si≤0.7％和Mn≤0.25％。可见杂质含量较高。此外，容易出现宏观成分偏析，如使用硅铁和铝作还原剂生产的Fe-W在高度上存在的偏析很大(2～5％W)。

在航空航天领域很多关键材料如Inconel 718plus等镍基高温合金的中，W，Fe的添加是非常重要的，可以明显改善合金的力学性能。作为高温合金熔炼制备中关键的一环，对合金杂质水平以及冶金质量存在很大影响。合金杂质元素对高温合金持久、蠕变等性能会产生严重的影响，必须把它们的含量和数量控制到尽可能低的水平。若直接添加高纯化的W单质元素，无疑增加了成本也提高了对设备的要求。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种电子束熔炼高纯化制备Fe-W中间合金的方法。电子束熔炼技术在高真空的条件下利用高能量密度的电子束轰击母材使其完全融化，并使熔池在较高的温度过热一定的时间，从而实现对金属材料的高纯化，低偏析制备。在精炼过程中，其真空度一般可在保持1×10^-3～1×10^-1Pa，对于母材中的气体、非金属夹杂以及挥发性杂质的去除更有效。此外，水冷铜坩埚不会带入新的杂质元素，并且可以提供了大的冷却速率，从而获得低偏析的铸锭。基于电子束优异的精炼条件，对工业Fe-W进行精炼，并利用分层凝固的方式，使熔体快速定向凝固，降低合金中杂质元素C、P含量；将铸锭的宏观偏析控制在极小的范围内；为大型Fe-W中间合金铸锭的工程化高纯化制备提供参考。本发明采用的技术手段如下：

一种电子束熔炼高纯化制备Fe-W中间合金的方法，具有如下步骤：

S1、将Fe-W中间合金的原料Fe和W破碎成碎块；

S2、对破碎成碎块的原料进行清洗，备用；

S3、将清洗干净后的原料置于电子束熔炼炉的水冷铜熔炼坩埚中；

S4、对电子束熔炼炉进行真空预抽，之后，对电子束熔炼炉进行抽高真空，达到高真空标准；

S5、对水冷铜熔炼坩埚中的原料进行电子束熔炼，得到熔融合金；

S6、将此时水冷铜熔炼坩埚中部分熔融合金倒入水冷铜凝固坩埚中，并保持水冷铜熔炼坩埚中熔融合金仍为熔融态，待此时倒入水冷铜凝固坩埚中的熔融合金的量能够满足其凝固后的厚度要求时，减小束流功率使水冷铜熔炼坩埚中的熔融合金凝固，并保持红热状态，以不流动为准，同时，水冷铜凝固坩埚中的熔融合金快速凝固；

加大束流功率，使水冷铜熔炼坩埚中的红热状态的合金完全熔化；