CN105220016B - 一种制备舟皿的材料及用该材料制备舟皿的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备舟皿的材料及用该材料制备舟皿的工艺方法，按重量比所述材料由下列成分组成：Ni：58％～62％，Ti≤0.2％，Si≤0.15％，C≤0.1％，RE≤0.05％，余量为W和其他杂质。采用该材料及工艺方法制备的舟皿在还原性气氛中、1250℃高温条件下，具有较高的高温强度性能，使用6个月不变形、不开裂，而且在使用过程中，几乎不出现“粘舟”现象，可明显降低钨粉、钼粉还原后的杂质含量，有效提高钨粉、钼粉的生产效率及质量。

Description

一种制备舟皿的材料及用该材料制备舟皿的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种制备高温还原炉生产钨钼粉用高温舟皿的材料，以及采用该材料制备高温还原炉用舟皿的工艺方法，属于新材料、冶金工业领域。

背景技术

舟皿在高温还原炉生产钨钼粉中使用较为广泛，但舟皿材料的选用一直困扰着硬质合金行业。

目前国内外钨钼粉还原合金舟皿普遍采用纯镍、镍铬系高温合金铸造或不锈钢材料焊接制造，具有高温强度好、变形小、生产成本低廉等优点，较其他舟皿材料及舟皿加工工艺具有明显的优势，备受硬质合金生产行业的青睐。但铸造高温合金舟皿都存在产品承受的温度较低(约900℃左右)、使用寿命短、易粘舟等不同缺陷，如采用铸造工艺的纯镍舟皿，虽然其高温下性能较稳定，但使用过程中，镍制舟皿表面易与钨钼粉材料粘接，即在舟皿表面会形成一层与基体结合牢固、不易脱落的氧化膜，致使在钨钼粉材料的制备过程中浪费大，同时，纯镍舟皿高温强度低，在推舟力及热应力作用下会发生严重变形，影响舟皿的使用。镍铬系高温合金舟皿虽然具有较高的高温强度和抗变形能力，但在还原性气氛中工作，易发生点蚀，严重者可出现局部穿孔。同样，采用耐热不锈钢焊接制造的舟皿亦存在类似的问题，且氧化和点蚀更严重，高温强度也低于镍铬合金。

由于目前制备舟皿可选用的材质较为单一，且该类材料所能承受的温度均较低(约900℃左右)，导致舟皿作业过程中存在易起皮、粘舟等缺陷，使该类材料产品的产量及应用受到了很大的限制。同时，随着硬质合金行业的快速发展，舟皿的最高工作温度及高温环境下力学性能的要求越来越高，舟皿材料的选用、舟皿生产工艺技术已远不能满足硬质合金生产行业的需求。

发明内容

本发明的目的在于解决采用现有舟皿材料及制备工艺所制备的舟皿存在的上述技术问题，提供一种制备舟皿的镍基高温合金材料及工艺方法，采用该材料及工艺方法制备的舟皿在还原性气氛中、1250℃高温条件下，具有较高的高温强度性能，使用6个月不变形、不开裂，而且在使用过程中，几乎不出现“粘舟”现象，可明显降低钨粉、钼粉还原后的杂质含量，有效提高钨粉、钼粉的生产效率及质量。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种制备舟皿的材料，按重量比所述材料由下列成分组成：Ni：58％～62％，Ti≤0.2％，Si≤0.15％，C≤0.1％，RE≤0.05％,余量为W和其他杂质。

按重量比所述材料的其他杂质中P≤0.04％，S≤0.04％；其中P、S的成分含量越低越好。

本发明中高温合金舟皿材料成分的设计方案是：通过加入合金元素，强化镍基体并有效净化镍基合金晶界，从而显著提高镍在高温下的强度、硬度和抗氧化性；根据实际高温舟皿的应用条件，减少或去除不必要的抗氧化组元，既可以提高材料的熔点和抗短时高温的能力，又可以避免某些成分对产品性能的不良影响。

另外本发明还涉及一种采用所述材料制备舟皿的工艺方法，包括以下步骤：

(1)制造压型，压制蜡模；用压力把蜡料压入压型，蜡料采用中温铸造蜡料，待其冷却、凝固后取出；

(2)制壳；在蜡模表面涂挂耐火材料形成耐火型壳，型壳面层采用硅溶胶作为粘接剂，配料采用锆砂和/或锆粉，型壳加固层采用硅溶胶作为粘接剂，配料采用莫来砂和/或莫来粉，形成坚硬型壳的过程要反复多次，形成8～9层、厚7～9mm的耐火型壳；制壳面层涂料使用锆砂、锆粉，提高了产品的外观质量，产品的外观质量接近硅溶胶产品，同时可降低生产成本；

(3)脱蜡；在高压釜中采用150～200℃蒸汽高压保护脱蜡；

(4)焙烧；将脱蜡后的型壳送入加热炉内，采用连续焙烧，逐渐加温方式，加热到950～1000℃进行焙烧；根据水分在受热过程中挥发的特点，采用连续焙烧方式：预热脱水、高温加热脱水和保温连续不断的三个阶段，使型壳水分挥发更为彻底，解决了熔模铸造中铸件的气孔问题。同时，由于是逐渐加温，型壳变形小，铸件尺寸精度高；

(5)熔炼；在熔炼炉中，先加入金属镍，再加入金属钨入炉熔化，采用稀土硅预脱氧处理后加入石墨，调整熔液化学成分直至合格；采用金属钛对熔液进行终脱氧，熔液脱氧处理后，降低熔液温度至1580～1620℃；

(6)浇注；将熔液浇注到焙烧出炉的型壳，型壳的浇注温度为950～1000℃，型壳出炉后在沙盘紧密摆放，以降低型壳的冷却速度，防止热裂。

在熔炼浇注时，采用降低熔液温度、热型壳浇注的方法；其中，熔液浇注温度由原来的1680℃左右减低为1600℃左右，型壳为正常出炉温度950℃左右，在型壳出炉后马上浇注；这样既可节约熔炼能源，提高生产效率，同时可大大减少舟皿铸件产品的缩孔等缺陷。

本发明与现有高温合金舟皿材料及舟皿制品相比较，具有如下显著特点：

(1)现有用于制备舟皿的高温合金材料，其成分都较为复杂，甚至使用了一些非常昂贵的稀有元素，如铌、硼、铼等；本发明涉及的镍基高温合金舟皿材料，成分简单，便于生产过程质量的控制，同时大大降低了材料成本；

(2)采用本发明中的材料和工艺方法所制备的舟皿与目前使用的同类高温舟皿相比，舟皿的使用温度提高了150℃以上，并能在1250℃左右的高温下较长时间的工作，在此高温下具有足够的强度和韧性，其1250℃时的高温力学性能为：σ_b≥32.3Mpa，σ_0.2≥30.5Mpa，δ_2.5≥7.8％；

(3)使用本发明材料和工艺方法制备的舟皿进行钨粉、钼粉生产时，舟皿在使用6个月后未产生变形、开裂现象，大大提高了舟皿的使用寿命；

(4)由于本发明中舟皿的使用温度得到了大幅提高，从而很好地杜绝了生产过程中舟皿的“粘舟”现象；并且由于该舟皿成分相对单一，从而可有效降低生产过程中舟皿对钨粉、钼粉的污染，降低了钨粉、钼粉还原后的杂质含量，提高了钨粉、钼粉的生产质量。

具体实施方式

结合实施例对本发明做进一步的说明如下。

实施例1：

(1)配料；按本发明中所述材料中各成分的重量比进行配料：金属镍90Kg，金属钨：57.5Kg，石墨：150克，金属钛300克，稀土硅400克；

(2)制造压型，压制蜡模；用压力把蜡料压入铝合金材料的压型中，其中压型采用数控加工，蜡料采用中温铸造蜡料，待其冷却、凝固后取出；

(2)制壳；在蜡模表面涂挂耐火材料形成耐火型壳，其中面层采用830硅溶胶作为粘接剂，配料采用锆砂、锆粉，加固层采用采用1430硅溶胶作为粘接剂，配料采用莫来砂、莫来粉，在形成坚硬型壳的过程要反复多次，形成8层、厚8mm的耐火型壳；

(3)脱蜡；在高压釜中采用150～200℃蒸汽高压保护脱蜡；

(4)焙烧；将脱蜡后的型壳送入加热炉内，采用连续焙烧：预热脱水、高温加热脱水和保温连续不断的三个阶段，逐渐加温方式，加热到950～1000℃进行焙烧；

(5)熔炼；采用150Kg中频感应熔炼炉熔炼，在熔炼炉中，先加入金属镍，再加入金属钨入炉熔化，采用稀土硅预脱氧处理后加入石墨，调整熔液化学成分直至合格；采用金属钛对熔液进行终脱氧，熔液脱氧处理后，降低熔液温度至1580～1600℃；其化学成分(按重量百分比)为Ni：60.7％，W：38.7％，Ti：0.2％，Si：0.14％，C：0.1％，RE：0.05％，P：0.035％，S：0.025％，其余为杂质。

(6)浇注；将熔液浇注到焙烧出炉的型壳，型壳的浇注温度为950～1000℃，型壳出炉后在沙盘紧密摆放。

待铸件冷却凝固后，将型壳破坏取出铸件，切除浇冒口后即得到舟皿。

实施例2：

(1)配料；按本发明中所述材料中各成分的重量比进行配料：金属镍175Kg，金属钨：120Kg，石墨：300克，金属钛600克，稀土硅800克；

(2)制造压型，压制蜡模；用压力把蜡料压入铝合金材料的压型中，其中压型采用数控加工，蜡料采用中温铸造蜡料，待其冷却、凝固后取出；

(2)制壳；在蜡模表面涂挂耐火材料形成耐火型壳，其中面层采用830硅溶胶作为粘接剂，配料采用锆砂、锆粉，加固层采用1430硅溶胶作为粘接剂，配料采用莫来砂、莫来粉，在形成坚硬型壳的过程要反复多次，形成8层、厚8mm的耐火型壳；

(3)脱蜡；在高压釜中采用150～200℃蒸汽高压保护脱蜡；

(4)焙烧；将脱蜡后的型壳送入加热炉内，采用连续焙烧：预热脱水、高温加热脱水和保温连续不断的三个阶段，逐渐加温方式，加热到950～1000℃进行焙烧；

(5)熔炼；采用300Kg中频感应熔炼炉熔炼，在熔炼炉中，先加入金属镍，再加入金属钨入炉熔化，采用稀土硅预脱氧处理后加入石墨，调整熔液化学成分直至合格；采用金属钛对熔液进行终脱氧，熔液脱氧处理后，降低熔液温度至1600～1620℃；其化学成分(按重量百分比)为Ni：59.0％，W：40.4％，Ti：0.2％，Si：0.14％，C：0.1％，RE：0.04％，P：0.030％，S：0.025％，其余为杂质。

(6)浇注；将熔液浇注到焙烧出炉的型壳，型壳的浇注温度为950～1000℃，型壳出炉后在沙盘紧密摆放。

待铸件冷却凝固后，将型壳破坏取出铸件，切除浇冒口后即得到舟皿。

本发明所制备的舟皿与现有采用常规材料制备的舟皿其性能对比，见下表：

本发明的说明书被认为是说明性的而非限制性的，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种制备舟皿的材料，其特征在于，按重量比所述材料由下列成分组成：Ni：58％～62％，Ti≤0.2％，Si≤0.15％，C≤0.1％，RE≤0.05％,余量为W和其他杂质；

采用所述材料制备舟皿，包括以下步骤：

(1)制造压型，压制蜡模；用压力把蜡料压入压型，蜡料采用中温铸造蜡料，待其冷却、凝固后取出；

(2)制壳；在蜡模表面涂挂耐火材料形成耐火型壳，型壳面层采用硅溶胶作为粘接剂，配料采用锆砂和/或锆粉，型壳加固层采用硅溶胶作为粘接剂，配料采用莫来砂和/或莫来粉，形成坚硬型壳的过程要反复多次，形成8～9层、厚7～9mm的耐火型壳；

(3)脱蜡；在高压釜中采用150～200℃蒸汽高压保护脱蜡；

(4)焙烧；将脱蜡后的型壳送入加热炉内，采用连续焙烧，逐渐加温方式，加热到950～1000℃进行焙烧；

(5)熔炼；在熔炼炉中，先加入金属镍，再加入金属钨入炉熔化，采用稀土硅预脱氧处理后加入石墨，调整熔液化学成分直至合格；采用金属钛对熔液进行终脱氧，熔液脱氧处理后，降低熔液温度至1580～1620℃；

(6)浇注；将熔液浇注到焙烧出炉的型壳，型壳的浇注温度为900～1000℃，型壳出炉后在沙盘紧密摆放。

2.根据权利要求1所述的制备舟皿的材料，其特征在于：按重量比所述材料的其他杂质中P≤0.04％，S≤0.04％。

3.采用权利要求1或2所述材料制备舟皿的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制造压型，压制蜡模；用压力把蜡料压入压型，蜡料采用中温铸造蜡料，待其冷却、凝固后取出；

(2)制壳；在蜡模表面涂挂耐火材料形成耐火型壳，型壳面层采用硅溶胶作为粘接剂，配料采用锆砂和/或锆粉，型壳加固层采用硅溶胶作为粘接剂，配料采用莫来砂和/或莫来粉，形成坚硬型壳的过程要反复多次，形成8～9层、厚7～9mm的耐火型壳；

(3)脱蜡；在高压釜中采用150～200℃蒸汽高压保护脱蜡；

(4)焙烧；将脱蜡后的型壳送入加热炉内，采用连续焙烧，逐渐加温方式，加热到950～1000℃进行焙烧；

(5)熔炼；在熔炼炉中，先加入金属镍，再加入金属钨入炉熔化，采用稀土硅预脱氧处理后加入石墨，调整熔液化学成分直至合格；采用金属钛对熔液进行终脱氧，熔液脱氧处理后，降低熔液温度至1580～1620℃；

(6)浇注；将熔液浇注到焙烧出炉的型壳，型壳的浇注温度为900～1000℃，型壳出炉后在沙盘紧密摆放。