[发明专利]一种电子束熔炼装置及利用该装置制备铌基超高温合金的方法

摘要

本发明涉及一种电子束熔炼装置及利用该装置制备铌基超高温合金的方法，属于合金制备领域。一种电子束熔炼装置，所述装置包括熔炼室，熔炼室内设有定向凝固拉锭装置；所述熔炼室内设有无底的水冷铜坩埚，所述水冷铜坩埚底部内部尺寸与位于其下方的定向凝固拉锭装置的托盘的尺寸相配合，使得托盘与无底的水冷铜坩埚形成一个完整的坩埚。利用该装置制备的铌基超高温合金中杂质S和P含量能够降低至0.1ppmw以下、氧含量可降至0.1ppmw以下，碳含量可降至10ppmw以下，合金元素收得率大于95％，高温抗拉强度提高了50％～80％，室温断裂韧性提高了5～30％，抗氧化性能提高5～15％。

主权项

一种制备铌基超高温合金的方法，其特征在于：为电子束熔炼法，包括下述步骤：所述方法包括备料的步骤：将起到合金化作用的金属原料置于电子束熔炼装置的加料装置中；将其他金属原料置于电子束熔炼装置的水冷铜坩埚(8)中；所述方法包括预热的步骤：使电子束熔炼装置炉内的真空度小于5×10‑2Pa，电子枪室真空度小于5×10‑3Pa；电子枪设置高压为25～35kW，高压预热5～10min后，关闭高压，设置电子枪束流为70～200mA，束流预热5～10min，关闭电子枪束流；所述方法包括熔炼的步骤：同时打开电子枪(5)的高压和束流，稳定后用电子枪(5)轰击水冷铜坩埚(8)中的合金原料，增大电子枪束流到450～2200mA，束流增加的速率为4～15mA/s，直到合金原料全部熔化，保持电子束束流为400～2000mA进行合金熔炼，熔炼时间10～35min；所述方法包括定向凝固的步骤：合金熔炼后，减小电子束束流至100～1500mA，启动定向凝固拉锭装置，拉锭速率为0.5～6mm/min，同时进行冷却；所述冷却按下述方法进行：在拉锭装置保持拉锭速率为0.5～6mm/min向下运动的同时，逐渐降低电子束束流，降低速率为5～300mA/min；或在拉锭装置保持拉锭速率为0.5～6mm/min向下运动的同时，逐渐增大拉锭装置中的冷却水环(3)中冷却循环水的流量，使其速率为0.5～10m3/h；或在拉锭装置保持拉锭速率为0.5～6mm/min向下运动的同时，在拉出的合金锭上设置冷却水环(3)，冷却水环(3)逐渐向上移动，移动速率为0.25～5mm/min；所述制备铌基超高温合金的方法包括后处理的步骤：待合金熔体全部被拉锭装置拉出成合金锭之后，关闭电子枪，合金在电子束熔炼室内随炉冷却25～100min，开启电子束熔炼装置仓门，取出合金，其中，所述电子束熔炼装置包括熔炼室(1)，熔炼室(1)内设有定向凝固拉锭装置；所述熔炼室(1)内设有无底的水冷铜坩埚(8)，所述水冷铜坩埚(8)底部内部尺寸与位于其下方的定向凝固拉锭装置的托盘(2)的尺寸相配合，使得托盘(2)与无底的水冷铜坩埚(8)形成一个完整的坩埚；托盘(2)底部固定连接杆，连接杆与电机相连；所述托盘(2)下方设有圆筒形保护层(4)，所述保护层(4)使得托盘(2)在 下降拉锭时位于保护层(4)形成的圆筒中；所述圆筒形保护层(4)的内圆周设有可升降的冷却水环(3)。