CN102321818A - 一种铸造镍基合金k417g返回料的熔炼方法 - Google Patents
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Abstract
一种铸造镍基合金K417G返回料件的熔炼方法，属于冶金技术领域，按以下步骤进行：（1）将返回料进行表面处理；（2）在真空条件下进行第一次精炼，降温至结膜；加热冲膜后浇注获得一次料锭；（3）当一次料锭的化学成分符合要求时，进行第二次精炼，结膜后冲膜浇注；当一次料锭的化学成分超出要求范围时，准备调节成分用料，先将一次料锭在真空条件下加热熔化并进行第二次精炼，再加入调节成分用料，再次结膜后冲膜浇注。本发明的方法制成的料锭的化学成分、性能指标均达到原始铸造镍基合金K417G的标准，降低制备该合金铸件的生产成本。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种铸造镍基合金K417G返回料的熔炼方法。
背景技术
铸造镍基合金K417G是发动机叶片的制作材料，该合金具有较高的相稳定性，与K417合金相比该合金Co和Ti含量较低，高了该合金长时间工作条件下的相稳定性， 850℃长时效后不析出σ相，不仅具有K417合金密度小、塑性好、中温强度高的优点，且价格相对便宜，适合作为航空发动机的涡轮叶片及导向叶片，在地面燃机的中也有广泛的应用。
采用铸造镍基合金K417G生产铸件的过程中，60%以上的合金为浇冒***，铸件制备过程中产生大量的废铸件，合金的总利用率仅为20~30%；合金中的大量贵重金属不能得到有效利用，如何利用铸造镍基合金K417G的返回料和废铸件是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明提供一种铸造镍基合金K417G返回料的熔炼方法，利用铸造镍基合金K417G返回料和废铸件作为原料，重新熔炼后调整成分，熔炼成性能与原始K417G合金相同的产品。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、将K417G镍基铸造合金在制备铸件时产生的返回料进行表面吹砂处理，去除表面的锈蚀、模壳和杂质；
2、将经过表面吹砂处理的返回料置于真空熔炼炉中，在真空条件下加热至1530±10℃，待返回料熔化后在1530±10℃和真空条件下进行第一次精炼20~40min，然后停止加热自然降温至熔化的金属液表面结膜；将结膜的物料加热至1450±10℃冲膜，再浇注获得一次料锭；
3、分析一次料锭的化学成分；
当一次料锭的化学成分符合按重量百分比为C 0.16~0.20%，Al 5.1~5.5%，Ti 4.4~4.6%，Cr 9.1~9.4%，Co 9.8~10.5%，Mo 2.8~3.05%，B 0.017~0.022%，V0.70~0.75%，Zr 0.06~0.08%，余量为Ni和杂质时，将一次料锭置于真空熔炼炉中，在真空条件下加热至1530±10℃，待一次料锭熔化后在1530±10℃和真空条件下进行第二次精炼20~40min，然后自然降温至表面结膜；将结膜的金属液加热至1450±10℃冲膜，浇注获得二次料锭，制成K417G镍基铸造合金；
当一次料锭的化学成分超出上述范围时，准备C、Al、Ti、Cr、CrB、Co、Mo、AlV和/或Zr作为调节成分用料，要求调节成分用料与一次料锭混合后的总成分符合上述成分范围；将一次料锭置于真空熔炼炉中，在真空条件下加热至1530±10℃，再在1530±10℃和真空条件下进行第二次精炼20~40min；精炼结束后自然降温至表面结膜，然后在真空条件下加热冲膜，再加入调节成分用料；当熔体内的调节成分用料全部熔化后，自然降温至表面再次结膜，将再次结膜的金属液加热至1450±10℃冲膜，再浇注获得二次料锭，制成K417G镍基铸造合金。
上述的K417G镍基铸造合金的成分按重量百分比为C 0.14~0.20%，Al 4.9~5.7%，Ti 4.2~4.7%，Cr 8.6~9.5%，Co 9.2~11.0%，Mo 2.55~3.50%，B 0.013~0.022%，V0.60~0.90%，Zr 0.05~0.09%，余量为Ni和不可避免杂质。
上述的步骤2中加热至1530±10℃，控制升温时间为95~140min。
上述的步骤3中加热至1530±10℃，控制升温时间为100~150min。
上述的步骤2中在真空条件下加热至1530±10℃时，真空度≤10.66Pa；在1530±10℃和真空条件下进行第一次精炼时，真空度≤1.33Pa。
上述的步骤3中在真空条件下加热至1530±10℃时，真空度≤10.66Pa；在1530±10℃和真空条件下进行第二次精炼时，真空度≤1.33Pa；的在真空条件下加热冲膜，再加入调节成分用料时，控制真空度≤1.33Pa。
本发明的方法利用铸造镍基合金K417G的返回料作为原料，经过两次熔炼并加入调节物料成分的合金，制成的料锭的化学成分、性能指标均达到原始铸造镍基合金K417G的标准，中抗拉强度、持久寿命和热疲劳性能等方面与新料相当；利用铸造镍基合金K417G的返回料和作为原料能够大量减少贵重金属消耗，降低制备该合金铸件的生产成本。
具体实施方式
本发明实施例中采用的C符合GB1426-1978技术标准，Al符合GB/T1196-2002技术标准， Ti符合GB/T3620.1-1994技术标准，Cr符合GB/T3211-1987技术标准，CrB符合Q/3B272-2006技术标准，Co符合YS/T255-2000技术标准，Mo符合GB/T3462-1982技术标准，AlV符合GB5063-85技术标准，Zr符合YS/T397-1994技术标准。
本发明实施例中铸造镍基合金K417G在制备铸件时产生的返回料是指浇注***部分和废铸件。
本发明实施例中制成的铸造镍基合金K417G在900℃保温20min后，测试其抗拉强度为640~680MPa，相对延伸率为6~10%，断面收缩率为8~12%。
本发明实施例中制备的铸造镍基合金K417G的杂质成分按重量百分比为Si≤0.2%，Mn≤0.2%，S≤0.010%，P≤0.015%，Fe≤1.0%，Pb≤0.0005%，Bi≤0.0001%，As≤0.005%，Sn≤0.002%，Sb≤0.1%。
实施例1
将K417G镍基铸造合金在制备铸件时产生的返回料进行表面吹砂处理，去除表面的锈蚀、模壳和杂质；
将经过表面吹砂处理的返回料置于真空熔炼炉中，在真空度≤10.66Pa条件下加热至1530±10℃，控制升温时间为140min，待全部返回料熔化后，在1530±10℃和真空度≤1.33Pa条件下进行第一次精炼20min，然后停止加热自然降温至熔化的金属液表面结膜；将结膜的物料加热至1450±10℃冲膜，然后进行浇注获得一次料锭；
分析一次料锭的化学成分按重量百分比为C 0.14%，Al5.4%，Ti 4.1%，Cr 9.1%，Co 9.95%，Mo 2.95%，B 0.016，V0.55%，Zr 0.04%，余量为Ni和杂质，准备C、Ti、CrB、VAl和Zr作为调节成分用料，要求调节成分用料与一次料锭混合后的总成分符合按重量百分比为C 0.16~0.20%，Al 5.1~5.5%，Ti 4.4~4.6%，Cr 9.1~9.4%，Co 9.8~10.5%，Mo 2.8~3.05%，B 0.017~0.022%，V0.70~0.75%，Zr 0.06~0.08%，余量为Ni和杂质的成分范围，然后将一次料锭置于真空熔炼炉中，在真空度≤10.66Pa条件下加热至1530±10℃，控制升温时间为100min；待一次料锭熔化后在1530±10℃和真空度≤1.33Pa条件下进行第二次精炼30min，再自然降温至金属液表面结膜，然后在真空度≤1.33Pa条件下加热冲膜，再加入调节成分用料；当熔体内的调节成分用料全部熔化后，自然降温至表面再次结膜，将再次结膜的金属液加热至1450±10℃冲膜，再浇注获得二次料锭，制成K417G镍基铸造合金，成分按重量百分比为C 0.18%，Al 5.5%，Ti 4.5%，Cr 9.2%，Co 9.9%，Mo 2.94%，B 0.020%，V0.71%，Zr 0.07%，余量为Ni和不可避免杂质；
将制成的铸造镍基合金K417G在900℃保温20min后，测试其抗拉强度为640MPa，相对延伸率为6%，断面收缩率为12%；
将制成的铸造镍基合金K417G制成直径5mm的试样，在试验应力235MPa和试验温度950℃条件下（延伸率无要求）进行高温持久性能试验，测得时间≥40min。
实施例2
将K417G镍基铸造合金在制备铸件时产生的返回料进行表面吹砂处理，去除表面的锈蚀、模壳和杂质；
将经过表面吹砂处理的返回料置于真空熔炼炉中，在真空度≤10.66Pa条件下，先加热至1530±10℃，待全部返回料熔化后在1530±10℃和真空度≤1.33Pa条件下进行第一次精炼40min，然后停止加热自然降温至熔化的金属液表面结膜；将结膜的物料加热至1450±10℃冲膜，控制升温时间为120min，然后进行浇注获得一次料锭；
分析一次料锭的化学成分按重量百分比为C 0.18%，Al 3.9%，Ti 4.6%，Cr 9.2%，Co8.8%，Mo 2.1%，B 0.022%，V0.73%，Zr 0.07%，余量为Ni和杂质，准备Al、Co和Mo作为调节成分用料，要求调节成分用料与一次料锭混合后的总成分符合按重量百分比为C 0.16~0.20%，Al 5.1~5.5%，Ti 4.4~4.6%，Cr 9.1~9.4%，Co 9.8~10.5%，Mo 2.8~3.05%，B 0.017~0.022%，V0.70~0.75%，Zr 0.06~0.08%，余量为Ni和杂质的成分范围，然后将一次料锭置于真空熔炼炉中，在真空度≤10.66Pa条件下加热至1530±10℃，控制升温时间为120min，一次料锭熔化后在1530±10℃和真空度≤1.33Pa条件下进行第二次精炼30min，再自然降温至金属液表面结膜，然后在真空度≤1.33Pa条件下加热冲膜，再加入调节成分用料；当熔体内的调节成分用料全部熔化后，自然降温至表面再次结膜，将再次结膜的金属液加热至1450±10℃冲膜，再浇注获得二次料锭，制成K417G镍基铸造合金，成分按重量百分比为C 0.17%，Al 5.3%，Ti 4.5%，Cr 8.7%，Co 10.4%，Mo 3.00%，B 0.021%，V0.70%，Zr 0.06%，余量为Ni和不可避免杂质；
将制成的铸造镍基合金K417G在900℃保温20min后，测试其抗拉强度为655MPa，相对延伸率为7%，断面收缩率为10%；
将制成的铸造镍基合金K417G制成直径5mm的试样，在试验应力315MPa和试验温度900℃条件下（延伸率无要求）进行高温持久性能试验，测得时间≥70min。
实施例3
将K417G镍基铸造合金在制备铸件时产生的返回料进行表面吹砂处理，去除表面的锈蚀、模壳和杂质；
将经过表面吹砂处理的返回料置于真空熔炼炉中，在真空度≤10.66Pa条件下，先加热至1530±10℃，待全部返回料熔化后在1530±10℃和真空度≤1.33Pa条件下进行第一次精炼30min，然后停止加热自然降温至熔化的金属液表面结膜；将结膜的物料加热至1450±10℃冲膜，控制升温时间为100min，然后进行浇注获得一次料锭；
分析一次料锭的化学成分按重量百分比为C 0.19%，Al 4.8%，Ti 3.9%，Cr 9.3%，Co8.9%，Mo 3.05%，B 0.019，V0.75%，Zr 0.08%，余量为Ni和杂质，准备Al、Ti和Co作为调节成分用料，要求调节成分用料与一次料锭混合后的总成分符合按重量百分比为C 0.16~0.20%，Al 5.1~5.5%，Ti 4.4~4.6%，Cr 9.1~9.4%，Co 9.8~10.5%，Mo 2.8~3.05%，B 0.017~0.022%，V0.70~0.75%，Zr 0.06~0.08%，余量为Ni和杂质的成分范围，然后将一次料锭置于真空熔炼炉中，在真空度≤10.66Pa条件下加热至1530±10℃，控制升温时间为140min，一次料锭熔化后在1530±10℃和真空度≤1.33Pa条件下进行第二次精炼20min，再自然降温至金属液表面结膜，然后在真空度≤1.33Pa条件下加热冲膜，再加入调节成分用料；当熔体内的调节成分用料全部熔化后，自然降温至表面再次结膜，将再次结膜的金属液加热至1450±10℃冲膜，再浇注获得二次料锭，制成K417G镍基铸造合金，成分按重量百分比为C 0.18%，Al 5.5%，Ti 4.5%，Cr 9.2%，Co 10.3%，Mo 3.0%，B 0.018%，V0.74%，Zr 0.07%，余量为Ni和不可避免杂质；
将制成的铸造镍基合金K417G在900℃保温20min后，测试其抗拉强度为663MPa，相对延伸率为8%，断面收缩率为9%；
将制成的铸造镍基合金K417G制成直径5mm的试样，在试验应力647MPa和试验温度760℃条件下（延伸率要求≥2%）进行高温持久性能试验，测得时间≥23min。
实施例4
将K417G镍基铸造合金在制备铸件时产生的返回料进行表面吹砂处理，去除表面的锈蚀、模壳和杂质；
将经过表面吹砂处理的返回置于真空熔炼炉中，在真空度≤10.66Pa条件下，先加热至1530±10℃，待全部返回料和废铸件熔化后在1530±10℃和真空度≤1.33Pa条件下进行第一次精炼30min，然后停止加热自然降温至熔化的金属液表面结膜；将结膜的物料加热至1450±10℃冲膜，控制升温时间为95min，然后进行浇注获得一次料锭；
分析一次料锭的化学成分按重量百分比为C 0.19%，Al 5.4%，Ti 4.6%，Cr 9.4%，Co 10.5%，Mo 2.8%，B 0.017%，V0.75%，Zr 0.06%，余量为Ni和杂质，将一次料锭置于真空熔炼炉中，在真空度≤10.66Pa条件下加热至1530±10℃，控制升温时间为150min，待一次料锭熔化后在1530±10℃和真空度≤1.33Pa条件下进行第二次精炼40min；
第二次精炼后的熔体自然降温至表面结膜；然后加热至1450±10℃冲膜，然后浇注获得二次料锭，制成K417G镍基铸造合金，成分按重量百分比为C 0.18%，Al 5.5%，Ti 4.6%，Cr 9.3%，Co 11.2%，Mo 2.55%，B 0.016%，V0.75%，Zr 0.06%，余量为Ni和不可避免杂质；
将制成的铸造镍基合金K417G在900℃保温20min后，测试其抗拉强度为679MPa，相对延伸率为10%，断面收缩率为8%。
Claims (6)
1.一种铸造镍基合金K417G返回料的熔炼方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）将K417G镍基铸造合金在制备铸件时产生的返回料进行表面吹砂处理，去除表面的锈蚀、模壳和杂质；
（2）将经过表面吹砂处理的返回料置于真空熔炼炉中，在真空条件下加热至1530±10℃，待返回料熔化后在1530±10℃和真空条件下进行第一次精炼20~40min，然后停止加热自然降温至熔化的金属液表面结膜；将结膜的物料加热至1450±10℃冲膜，再浇注获得一次料锭；
（3）分析一次料锭的化学成分；
当一次料锭的化学成分符合按重量百分比为C 0.16~0.20%，Al 5.1~5.5%，Ti 4.4~4.6%，Cr 9.1~9.4%，Co 9.8~10.5%，Mo 2.8~3.05%，B 0.017~0.022%，V0.70~0.75%，Zr 0.06~0.08%，余量为Ni和杂质时，将一次料锭置于真空熔炼炉中，在真空条件下加热至1530±10℃，待一次料锭熔化后在1530±10℃和真空条件下进行第二次精炼20~40min，然后自然降温至表面结膜；将结膜的金属液加热至1450±10℃冲膜，浇注获得二次料锭，制成K417G镍基铸造合金；
当一次料锭的化学成分超出上述范围时，准备C、Al、Ti、Cr、CrB、Co、Mo、AlV和/或Zr作为调节成分用料，要求调节成分用料与一次料锭混合后的总成分符合上述成分范围；将一次料锭置于真空熔炼炉中，在真空条件下加热至1530±10℃，再在1530±10℃和真空条件下进行第二次精炼20~40min；精炼结束后自然降温至表面结膜，然后在真空条件下加热冲膜，再加入调节成分用料；当熔体内的调节成分用料全部熔化后，自然降温至表面再次结膜，将再次结膜的金属液加热至1450±10℃冲膜，再浇注获得二次料锭，制成K417G镍基铸造合金。
2.根据权利要求1所述的一种铸造镍基合金K417G返回料的熔炼方法，其特征在于所述的K417G镍基铸造合金的成分按重量百分比为C 0.14~0.20%，Al 4.9~5.7%，Ti 4.2~4.7%，Cr 8.6~9.5%，Co 9.2~11.0%，Mo 2.55~3.50%，B 0.013~0.022%，V0.60~0.90%，Zr 0.05~0.09%，余量为Ni和不可避免杂质。
3.根据权利要求1所述的一种铸造镍基合金K417G返回料的熔炼方法，其特征在于步骤（2）中所述的加热至1530±10℃，控制升温时间为95~140min。
4.根据权利要求1所述的一种铸造镍基合金K417G返回料的熔炼方法，其特征在于步骤（3）中的所述加热至1530±10℃，控制升温时间为100~150min。
5.根据权利要求1所述的一种铸造镍基合金K417G返回料的熔炼方法，其特征在于步骤（2）中所述的在真空条件下加热至1530±10℃时，真空度≤10.66Pa；在1530±10℃和真空条件下进行第一次精炼时，真空度≤1.33Pa。
6.根据权利要求1所述的一种铸造镍基合金K417G返回料的熔炼方法，其特征在于步骤（3）中所述的在真空条件下加热至1530±10℃时，真空度≤10.66Pa；在1530±10℃和真空条件下进行第二次精炼时，真空度≤1.33Pa；所述的在真空条件下加热冲膜，再加入调节成分用料时，控制真空度≤1.33Pa。
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