[发明专利]利用镍基铸造高温合金K4169返回料制备K4169合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于镍基合金技术领域，具体涉及一种利用镍基铸造高温合金K4169返回料制备K4169合金的方法。

背景技术

K4169合金起初是作为变形合金应用，到1965年以铸造合金形式用于航空发动机。K4169合金相当于美国的Inconel718C合金，是以γ″相及γ′相为强化相的沉淀强化型Ni-Cr-Fe基高温合金。该合金在很宽的中、低温范围（-253—700℃）内都具有较高的强度、塑性、优良的耐腐蚀性、耐辐照性以及良好的焊接性能，本合金主要用于650℃以下工作的发动机抗氧化热强结构件及机匣铸件的生产。K4169合金的化学成分（质量%）C0.02～0.08，Cr18.00～21.00，Mo2.85～3.30，Al0.40～0.70，Ti0.75～1.15，Nb+Ta4.50～5.40， Si≤0.35，Mn≤0.35，S≤0.015，P≤0.015，Co≤1.00，Cu≤0.30，B≤0.006，Zr≤0.05，Sb≤0.001，Bi≤0.00005，Sn≤0.002，Pb≤0.001，AS≤0.002， Ni52～54 ，其余为Fe。

目前使用的K4169合金用于航空发动机机匣类铸件生产时，机匣件对合金的利用率一般仅为30～50%,生产中有大量的返回料产生，如不对返回料合金加以合理利用，必将加大发动机的生产成本，因此有必要进行K4169返回料的利用研究。

发明内容

针对K4169返回料利用的现状，本发明提供一种利用镍基铸造高温合金K4169返回料制备K4169合金的方法。

本发明方法的工艺步骤如下。

（1）K4169合金返回料预处理

对K4169合金铸件生产过程中产生的返回料即冒口、浇道及废铸件进行吹砂处理，将返回料放入吹砂机中，压缩空气压力控制为0.3～0.6MPa，吹砂采用粒度为3～5mm的石英砂，对返回料表面进行吹砂处理，吹净返回料表面的氧化皮、模壳、粘铁、夹杂和夹砂，使材料表面光洁、无杂物。

（2）K4169合金返回料一次熔炼

采用真空感应熔炼炉进行合金的熔炼，具体操作步骤为：当真空度≤1.33Pa时，开始升温，控制升温速率为10～15℃/min，当合金表面呈现暗红色时，控制升温速率为10～20℃/min，升温至精炼温度1570～1590℃，控制精炼时间20～30min，精炼后停电，停止加热，至合金液面结膜，然后控制升温速率为15～20℃/min，冲开氧化膜，当温度升至1430～1450℃时，进行浇注，浇注速率2～4kg/s。为降低合金的杂质含量，合金的浇注过程经过两级过滤网过滤，一级过滤网孔径6～9mm，用于挡住大块夹杂物，第二级过滤网孔径3～5mm，用于对细小夹杂物的过滤和吸附，达到净化钢水的作用。

（3）二次熔炼配料

对返回料一次熔炼后的料锭进行化学成分分析，以质量百分比计，按10～50%一次返回料+50～90%新料的方案配料，新料即指新的K4169合金材料。返回料+新料应符合以下化学组成要求（质量%）：

C0.03～0.07，Cr19.0～20.0，Mo2.95～3.20，Al0.50～0.65，Ti0.85～1.10，Ni52.0～54.0，Nb+Ta4.80～5.30，其余为Fe。

如不符合以上要求，则在返回料+新料配料基础上再添加相应元素，将配料后的元素组成调整为（质量%）：

C0.065，Cr19.5，Mo3.15，Al0.60，Ti1.0，Ni52.5，Nb+Ta5.15，其余为Fe。

（4）二次熔炼制备返回料合金锭

采用真空感应熔炼炉进行合金的熔炼，具体操作步骤为：将一次熔炼返回料锭、新料锭和调整成分添加的元素一同装入坩埚内，当真空度≤0.67Pa时，开始升温，控制升温速率为10～15℃/min，当合金表面呈现暗红色时，控制升温速率为10～20℃/min，升温至精炼温度1570～1590℃，控制精炼时间20～30min，精炼后停电，停止加热，至合金液面结膜，然后控制升温速率为15～20℃/min，冲开氧化膜，当温度升至1430～1450℃时，进行浇注，浇注速率2～4kg/s。

（5）三次熔炼配料

对返回料二次熔炼后的料锭进行化学成分分析，以质量百分比计，按10～50%二次返回料+50～90%新料的方案配料，新料即指新的K4169合金材料。二次返回料+新料应符合以下化学组成要求（质量%）：