[发明专利]一种用于高温合金母合金纯净化冶炼的底吹氩方法

说明书

本发明涉及金属熔炼、铸造领域，具体涉及一种用于高温合金母合金纯净化冶炼的底吹氩方法。根据冶炼炉容量定制透气塞，若采用捣打坩埚，需将透气砂铺于透气塞上方，周围采用捣打料填充，通过纯镍洗炉使坩埚烧结，得到适用于底吹氩的捣打坩埚，根据经验公式初步制定吹氩压强、氩气流量和吹氩时间等工艺参数，待合金熔体精炼结束后进行底吹氩工艺，最后降温浇注。所述工艺方法制定的底吹氩工艺，能够大幅度降低母合金中的夹杂含量，降低母合金重熔期间的浮渣占比，提高高温合金母合金锭的冶金质量。本发明适用于大多数铸造高温合金母合金的纯净化冶炼，操作简单，实施难度低，效果显著。

技术领域：

本发明涉及金属熔炼、铸造领域，具体涉及一种用于高温合金母合金纯净化冶炼的底吹氩方法。

背景技术：

高温合金具有优异的高温抗氧化、腐蚀、蠕变及疲劳性能，因而被广泛应用于制造航空航天发动机和燃气轮机的关键结构件。合金的纯净度对高温性能影响尤为巨大，研究表明，铸件中的非金属夹杂是合金发生损伤甚至断裂的主要原因之一。目前高温合金母合金的制备通常以真空感应熔炼，或配合电渣重熔或真空自耗的方式进行。其中，通过真空感应炉进行高温精炼，可促进一部分杂质元素形成非金属夹杂上浮至熔体表面，并通过坩埚的吸附作用或中间包的挡渣作用去除，另一部分则以气体形式通过真空炉内的高真空负压效应被真空泵抽出，从而使合金中的气体和杂质元素总量降至200ppm以下。但熔炼过程中形成的细小非金属夹杂(10μm以下)在熔体中的上浮速率极慢，并且难以通过挡渣过滤手段去除，一旦进入高温合金铸件，将严重影响合金的服役性能。采用电渣重熔或真空自耗的方式虽然可进一步去除母合金中的夹杂含量，但二次重熔不仅会损耗一部分母合金(二次打磨和头尾切除)，加重了能源和人工消耗，更会影响合金中Al、Ti、C、Hf等高活性易挥发元素的浓度，在一定程度上降低了母合金的生产效率。因此，提出一种简单高效去除母合金熔体中夹杂物的工艺方法，在高温合金纯净化冶炼工程化应用领域方面具有十分重要的意义。

熔体吹氩作为一门专业的技术在冶金铸造行业已广泛应用，对于去除熔体中非金属夹杂物和有害气体具有良好的效果，并有利于均匀熔体化学成分和温度，而且氩气作为惰性气体，在钢水中无残留。因此，熔体吹氩技术是一种绿色的最理想的净化手段。其中，可通过埋入式炉底吹氩法，将透气塞预埋在炉衬材料底下，氩气透过炉衬料均匀进入到熔体中，可产生均匀的微气泡，通过连续的微气泡上浮可将熔体中的细小非金属夹杂颗粒快速带至熔体表面，提高了熔体中细小夹杂物的去除效率。

但由于目前广泛应用的底吹氩工艺通常只适用于常压冶炼工况，而高温合金冶炼过程通常需在高真空条件下进行，极高的真空度会导致吹氩过程中熔体表面沸腾严重，产生大量飞溅，若工艺参数控制不当，不仅不利于熔体纯净化，还降低了冶炼过程的安全系数，上述因素也成为了底吹氩技术难以适用于高温合金真空熔炼的主要原因之一。

发明内容：

为了解决现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种用于高温合金母合金纯净化冶炼的底吹氩方法，该方法操作简单、经济实用，不仅有助于提高高温合金母合金的纯净度，还可降低高温合金铸件由于夹杂产生的废品率。

本发明采用的技术解决方案是：

一种用于高温合金母合金纯净化冶炼的底吹氩方法，该底吹氩方法包括以下步骤：

(1)根据实际情况定制底吹氩透气塞尺寸，并与坩埚主体进行组合、烧结，形成底吹氩坩埚；

(2)将原料放入真空感应炉内进行熔炼，按照工艺要求化清及高温精炼，待熔体表面稳定后关闭真空泵机组；真空感应熔炼时，保证炉内气压低于40Pa，精炼时间不低于20min；

(3)关闭真空泵机组，并充入高纯氩气至炉内气压为0.2～0.4MPa，打开底吹氩供气系统，根据坩埚内熔体质量设置底吹氩工艺参数，底吹氩工艺参数应满足下式：