[发明专利]一种富含活性元素的镍基高温合金的纯净化冶炼工艺

说明书

本发明公开了一种富含活性元素的镍基高温合金的纯净化冶炼工艺，属于金属冶炼和铸造技术领域。该工艺首先制备含有活性元素的中间合金锭：按重量百分比计，所述中间合金锭的化学成分为：Cr 10～50％，Ti 5～30％，Al 0～1.0％，C 0.01～0.05％，Y 0.001～0.01％，A 0～5％，Ni为余量；所述A是指微量元素；然后利用中间合金锭熔炼母合金；中间合金的切取原则为：母合金冶炼期间不添加Cr或Ti元素的单质原料。本发明工艺在缩短冶炼时间的同时能保证母合金的成分、杂质及气体要求，大幅度提高了母合金的冶炼效率及产品质量，经济效益显著。

技术领域

本发明涉及金属冶炼和铸造技术领域，具体涉及一种富含活性元素的镍基高温合金的纯净化冶炼工艺。

背景技术

镍基高温合金通常被用于制造燃气、涡轮等发动机的主要结构件，需在超高温环境下服役。为保证合金的高温力学性能，在成分设计时往往添加了较高含量的Cr、Ti、Al等活性元素。其中Cr为抗高温氧化元素，可提高合金的高温耐腐蚀性；Ti、Al为γ'相主要构成元素，可提高合金中γ'强化相的体积分数。但由于Cr、Ti、Al单质原料中往往携带较多的气体元素，若不尽可能完全去除，则会导致母合金的纯净度较低。虽然通过提高精炼温度、延长精炼时间的方法可在一定程度上提高母合金纯净度，但较高的精炼温度和较长的冶炼时间一方面大幅度缩短了冶炼坩埚的使用寿命，另一方面也容易导致熔体中的Al、Ti等产生较大程度烧损，不仅不利于成分控制，同时消耗了更多的人力物力。

采用Al、Ti等单质冶炼母合金时，由于Al的熔点较低、Ti的蒸汽压较低，并且均为二次加入，因此在温度梯度以及脱气反应的作用下容易产生大量飞溅，不仅容易损坏冶炼设备，且提高了成分控制的难度。因此，需要研发一种适用于高Cr、Al、Ti含量的镍基高温合金的冶炼工艺，在保证合金纯净度的前提下，能够更容易的控制母合金成分。

另一方面，由于镍基高温合金在成分设计时添加了多种微量元素，且C、B、V等微量元素的密度较低，冶炼期间在熔体中难以搅拌均匀，则容易导致浇铸出的母合金锭成分分布不均匀，不利于后续重熔浇铸的铸件质量。

采用中间合金冶炼母合金时，由于中间合金的熔点与母合金基本相同，因此可有效避免添加低熔点或低蒸汽压元素单质时产生的飞溅现象，并且由于中间合金中的不同元素已预先形成固溶体或金属间化合物，因此，使用中间合金冶炼母合金期间能够大幅度降低低熔点或低蒸汽压元素的烧损，有利于成分控制。目前设计某元素的中间合金成分时，为了保证中间合金的纯净度以及接近母合金熔点，通常选用二元合金，但若该元素在中间合金中的含量较低，则不利于其他元素成分控制，反之则纯净化效果较差。因此，目前中间合金仅应用于微量添加的元素，在主元素方面应用较少。

由于稀土元素化学性质极为活泼，在冶炼期间可与O、S等元素形成高熔点低密度夹杂，通常含稀土元素的合金中气体及杂质元素的含量均较低，因此可被用于充当母合金冶炼期间的脱氧剂。但由于稀土元素对合金力学性能的影响尚不明确，且当稀土元素含量较高时(通常为0.2％以上)，浇铸期间容易发生粘砂现象，不利于铸件质量控制。因此当使用稀土元素作为除氧剂时，往往希望浇铸出的母合金中不含稀土元素，如何控制添加量也是目前高温合金冶炼的难点之一。

发明内容

为提高母合金纯度及成分均匀性，本发明提供一种富含活性元素的镍基高温合金的纯净化冶炼工艺，该工艺能够保证母合金成分均匀、气体及杂质元素含量低，并且浇铸出的母合金中稀土元素Y多集中在冒口附近，使合金锭主体中不引入稀土元素，对冶炼技术发展具有重要的社会意义与经济意义。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种富含活性元素的镍基高温合金的纯净化冶炼工艺，所述活性元素为Cr、Al和Ti元素，该工艺具体包括如下步骤：

(1)确定待熔炼母合金的化学成分；