[发明专利]一种电子束精炼高温合金过程中成分控制的方法

说明书

本发明提供一种电子束精炼高温合金过程中成分控制的方法，包括如下步骤：高温合金原料的预处理；高温合金原料中元素活度系数及活度的测定；补料工艺及电子束精炼实验。本发明制备的高温合金不仅纯净度得以大幅度提高、凝固偏析得到显著改善，并且可以实现Cr、Al、Ti等易挥发性元素的精确控制，从而使得合金具有优异的综合力学性能。

技术领域

本发明涉及一种电子束精炼高温合金过程中成分控制的方法。

背景技术

高温合金中的杂质元素及夹杂物会对合金的性能产生重要影响。随着冶金技术的发展，当前高温合金的冶金质量已得到显著改善，合金中的杂质元素、气体含量以及夹杂物等冶金缺陷能得到有效控制。尽管如此，在超高纯材料的制备领域，我国与国外尚存在较大差距。电子束精炼是一种实现高温合金超纯净制备的新工艺。该工艺利用高能量密度的电子束轰击材料的表面使材料熔化、通过将熔体在高温高真空环境下充分进行精炼反应而达到提纯目的。相对于传统的真空感应熔炼或者真空自耗熔炼，电子束精炼时较高的熔池表面过热度及真空度对精炼反应十分有利。在高温以及高真空的作用下，其气体的析出、杂质元素的挥发、非金属夹杂的上浮、分解和排除以及碳的脱氧反应等，比其他熔炼方法具有更优越的热力学条件。电子束精炼后高温合金中非金属夹杂物的含量显著降低，尤其是粒径大于10μm的夹杂物的完全去除，使得高温合金的力学性能得到显著提高。此外，在精炼后期控制收弧及凝固方式，有效地改善了合金的偏析及凝固组织，所制备的高温合金组织致密，疏松及偏析程度显著降低。另外，电子束精炼过程中使用水冷铜坩埚能有效避免坩埚与熔体合金发生反应，进一步提高了合金的纯净度。因此，经过电子束精炼后合金的物理性能、力学性能以及加工性能均能得到明显的改善。

尽管电子束精炼在杂质元素和非金属夹杂物的去除方面有其独到的优势，但电子束精炼高温合金过程中，由于熔池温度高、真空度大，各合金元素均会产生一定程度的挥发损失，各组元的饱和蒸气压不同，各元素的挥发损失量也有所差异。高温合金中的Cr、Al等元素具有较高的饱和蒸气压，在相同的条件下其挥发损失量远远大于其它元素。高温合金中的Cr元素可以有效提高合金的抗氧化性能，而Al则是强化相形成元素，对强化高温合金、提高合金的高温力学性能有重要作用。因此，如何控制电子束精炼过程中各元素的挥发损失，实现合金成分的精确控制具有重要意义。

发明内容

根据上述提出的如何控制电子束精炼过程中各元素的挥发损失，实现合金成分的精确控制的技术问题，而提供一种电子束精炼高温合金过程中成分控制的方法。本发明主要通过计算元素的挥发规律以及进行合理的补料工艺，可以将合金成分精确控制在标准范围内。

本发明采用的技术手段如下：

一种电子束精炼高温合金过程中成分控制的方法，包括如下步骤：

S1、高温合金原料的预处理：

检测高温合金原料的成分，将高温合金原料进行切割，之后进行打磨、清洗、烘干、称重，备用；

S2、高温合金原料中元素活度系数及活度的测定：

对电子束熔炼炉以及水冷铜坩埚进行清理；利用电子束熔炼炉对预处理后的高温合金原料进行电子束精炼，得到高温合金铸锭，进行称重；根据电子束精炼前后高温合金的质量及成分，计算各元素的挥发速率，得到各组元的蒸气压，之后计算各元素标准态的饱和蒸气压，得到高温合金中各组元的活度及活度系数；

S3、补料工艺及电子束精炼实验：