CN106884110B - 一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法 - Google Patents
一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法。该方法主要包括以下步骤:一、原料的准备,该制备方法熔炼镍基高温合金Inconel718所需的原料有:镍板,工业纯铁,高纯铬,高纯铌,高纯铝,高纯钛,高纯钼。将镍板及工业纯铁原料表面除杂,进行磨制抛光后,用去离子水和无水乙醇超声清洗,烘干。然后按照标准合金成分进行成分配比;二、装炉,将配好的原料放置于高真空电弧熔炼炉的熔炼坩埚内,抽取高真空,然后通入高纯氩气作为保护气;三、合金的熔炼,在氩气的保护下,引弧并进行熔炼,待全部原料熔化后,开启磁搅拌,并进行多次熔炼,熔炼完成后,熄灭电弧,冷却后获得合金铸锭。本方法操作方便,提高了制备效率。
Description
技术领域
本发明属于镍基高温合金制备技术领域,具体涉及一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法。
背景技术
镍基高温合金的研发和应用始于20世纪30年代,其在高温合金领域占据着非常重要的地位。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic75,美国与苏联随后也研制出镍基高温合金,我国在50年代中期才研制出镍基高温合金。
镍基高温合金在高温的极端环境下仍然具有良好的力学性能,抗氧化性能、抗腐蚀性能、焊接性能和易加工性能等,一直受到科学研究者的青睐。目前镍基高温合金已经被广泛地应用于各种各样的装置与环境中,例如:航天航空发动机、海洋钻采设备、阀门和石油管道的制备等。因此,研究镍基高温合金对我国航空航天等领域的发展具有重大意义。
镍基高温合金的研究工作主要集中在两个方面:合金成分的设计和生产工艺的改进。镍基高温合金的组织和性能的好坏,除了受所用原材料的纯净度的影响外,很大程度上取决于熔炼设备和工艺流程。目前,常用的镍基高温合金熔炼设备主要包括真空感应炉、电渣重熔炉、真空电弧重熔炉等。通常采用的熔炼工艺为多联工艺,该工艺较为复杂和繁琐。首先用真空感应炉熔炼出母合金锭,然后进行合金锭的精炼和提纯。后续的精炼过程一般包括电渣重熔和真空电弧重熔。
目前,国内外镍基高温合金的制备方法通常采用真空感应加电渣重熔,真空感应加真空电弧重熔,真空感应加电渣重熔加真空电弧重熔等双联或三联工艺,这种生产工艺十分复杂,能量利用率低,生产效率低。而且,生产过程还存在如下问题:真空感应熔炼过程合金熔体会和炉内材料反应生成氧化物夹杂;电渣重熔时凝固速率低,电极易在高温情况下氧化;电弧重熔不能提供高真空,因此不能完全去除氧和氮等杂质元素;合金铸锭表面缺陷较多,低熔点合金元素的烧损等。因此,发明出一种工艺简单,生产效率高,产品纯净度高的镍基高温合金制备方法显得十分必要。
发明内容
技术问题:本发明为克服上述问题,提供一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法,将原料按照标准成分配比,放置于高真空电弧炉内,利用磁搅拌,透底熔炼,翻转铸锭,多次熔炼等方式,有效的降低了杂质含量和合金成分偏析,从而获得高纯度的镍基高温合金铸锭。
技术方案:本发明的一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法包括下列步骤:
1)原料的准备:该制备方法熔炼镍基高温合金Inconel718所需的原料有镍板,工业纯的铁、铬、铌、铝、钛、钼,镍板及工业纯铁需要进行表面清理,进行磨制和抛光后,用去离子水清洗,在无水乙醇中进行超声清洗,烘干,然后按照镍基高温合金Inconel718的标准合金成分进行配比;
2)装炉:将纯钛锭放置于电弧炉中心坩埚内,配比好的合金原料放入其他熔炼坩埚内;原料的放置规则为,高熔点的金属原料放置于坩埚上部,低熔点的金属原料放置于坩埚底部,然后进行抽取真空的操作,待真空度达到5×10-3Pa时,停止抽气,充入纯氩气至真空度为-0.05MPa;
3)合金的熔炼:首先进行纯钛锭的熔炼,启动电源,进行引弧,预热3-5分钟后,逐渐加大熔炼电流,待钛锭熔化完全后,熔炼3-5分钟,逐渐减小电流至最小,熄灭电弧;然后进行合金的熔炼,将电极棒转至熔炼坩埚上部,启动电源,进行引弧,预热3-5分钟后,逐渐加大熔炼电流,待原料基本熔化完全,打开磁搅拌开关,对熔体进行磁搅拌,逐渐加大磁搅拌电流,至能看到坩埚底部,进行透底熔炼3-5分钟后,逐渐减小磁搅拌电流至最小,关闭磁搅拌开关,逐渐减少熔炼电流至最小,熄灭电弧,冷却5-10分钟,翻转铸锭;多次重复上述熔炼过程,待冷却至室温后,开炉取出合金铸锭,即得到镍基高温合金Inconel718铸锭。
所述原料中的镍板,工业纯铁,及其它的纯金属原料的纯度均大于99.9%,纯氩气的纯度大于99.999%。
熔炼过程中,控制电极棒,转动熔炼电弧,使电弧充分扫到熔体的表面。
重复熔炼过程过程中,熔炼3-4次后将合金铸锭转移至干净的坩埚内进行熔炼操作。
熔炼结束时,电流减到最小后,使电弧充分扫描合金铸锭表面2-3分钟,然后熄灭电弧。
开炉取出合金铸锭前,需冷却至室温后,充入空气。
有益效果:
(1)原材料的清洗,有效降低了杂质的引入,在高纯氩气保护下,先熔炼钛锭,进一步去除炉内氧气,净化炉内空气,防止合金熔炼过程中被氧化。
(2)装炉过程中,高熔点金属在坩埚上部,低熔点金属在坩埚底部,有利于原料快速的熔化,减少了低熔点易挥发合金元素的烧损。
(3)本发明通过采用磁搅拌,多次重复熔炼,保证了各合金原料充分熔化,从而有效减少高熔点金属元素(如铌)的偏析。
(4)反复熔炼过程中把合金铸锭转移至干净的坩埚中,可以有效减少杂质的含量,提高了合金铸锭的纯净度。
(5)熔炼结束时,使电弧充分扫描合金铸锭表面2-3分钟后再熄灭,有效避免了铸锭局部冷却过快引起裂纹等缺陷。
(6)开炉取样前,冷却至室温后,充入空气,防止了铸锭温度过高接触空气而被氧化。
(7)本发明采用高真空电弧炉,一次装炉即可完成合金的熔炼,工艺简单,操作方便,适合实验室制备小型高纯镍基高温合金铸锭。
(8)经过相同热处理工艺后,本发明熔炼出的镍基合金Inconel718其力学性能优于传统工艺生产出的该合金。合金的抗拉强度和屈服强度提升5%-10%,合金的塑性得到显著改善。
附图说明
图1熔炼出的镍基高温合金Inconel718显微组织图。
图2相同热处理工艺下的Inconel718的抗拉强度和屈服强度。
具体实施方式
下面结合具体实施例详细说明本发明,但是本发明并不局限于具体实施例。实施例一
(1)原料的准备:采用的原料有镍板,工业纯铁,高纯铬,高纯铌,高纯铝,高纯钛,高纯钼。镍板及工业纯铁需要进行表面清理,进行磨制和抛光后,用去离子水清洗,在无水乙醇进行超声清洗,烘干,然后按照标准合金成分进行配比。其成分配比为:镍26.911g;铬9.805g;铌2.654g;钼1.462g;钛0.452g;铝0.204g;铁8.512g。
(2)装炉:将钛锭放置于电弧炉中心坩埚内,配好的合金原料放入其他熔炼坩埚内,放置规则为,高熔点的金属放置于坩埚上部,低熔点的金属放置于坩埚底部。然后进行抽真空,待真空度达到5×10-3Pa时,停止抽气,充入氩气至-0.05MPa。
(3)合金的熔炼:首先进行纯钛锭的熔炼,启动电源,进行引弧,预热3-5分钟后,逐渐加大熔炼电流至250-350mA,待钛锭熔化完全后,熔炼3-5分钟,逐渐减小电流至最小,熄灭电弧。然后进行合金的熔炼,将电极棒转至熔炼坩埚上部,启动电源,进行引弧,预热3-5分钟后,逐渐加大熔炼电流至250-350mA,待原料基本熔化完全,打开磁搅拌开关,对熔体进行磁搅拌,逐渐加大磁搅拌电流,至能看到坩埚底部,进行透底熔炼3-5分钟后,逐渐减小磁搅拌电流至最小,关闭磁搅拌开关,逐渐减少熔炼电流至最小,熄灭电弧,冷却5-10分钟,翻转铸锭。多次重复上述熔炼过程。待冷却至室温后,取出合金铸锭,即得到镍基高温合金Inconel718铸锭。图1为熔炼出的镍基高温合金Inconel718显微组织图。
(4)熔炼所得合金的进行化学成分检测,各元素百分含量为镍53.20;铬18.20g;铌5.78;钼2.83;钛0.849;铝0.406;铁18.51;碳0.027;硫0.0068等各元素含量均符合成分标准。
实施例二
(1)原料的准备:采用的原料有镍板,工业纯铁,高纯铬,高纯铌,高纯铝,高纯钛,高纯钼。镍板及工业纯铁需要进行表面清理,进行磨制和抛光后,用去离子水清洗,在无水乙醇进行超声清洗,烘干,然后按照标准合金成分进行配比。其成分配比为:镍27.061g;铬9.846g;铌2.695g;钼1.495g;钛0.550g;铝0.196g;铁8.797g。
(2)装炉:将钛锭放置于电弧炉中心坩埚内,配好的合金原料放入其他熔炼坩埚内,放置规则为,高熔点的金属放置于坩埚上部,低熔点的金属放置于坩埚底部。然后进行抽真空,待真空度达到5×10-3Pa时,停止抽气,充入氩气至-0.05MPa。
(3)合金的熔炼:首先进行纯钛锭的熔炼,启动电源,进行引弧,预热3-5分钟后,逐渐加大熔炼电流至250-350mA,待钛锭熔化完全后,熔炼3-5分钟,逐渐减小电流至最小,熄灭电弧。然后进行合金的熔炼,将电极棒转至熔炼坩埚上部,启动电源,进行引弧,预热3-5分钟后,逐渐加大熔炼电流至250-350mA,待原料基本熔化完全,打开磁搅拌开关,对熔体进行磁搅拌,逐渐加大磁搅拌电流,至能看到坩埚底部,进行透底熔炼3-5分钟后,逐渐减小磁搅拌电流至最小,关闭磁搅拌开关,逐渐减少熔炼电流至最小,熄灭电弧,冷却5-10分钟,翻转铸锭。多次重复上述熔炼过程。待冷却至室温后,取出合金铸锭,即得到镍基高温合金Inconel718铸锭。
(4)熔炼所得合金的进行化学成分检测,各元素百分含量为:镍50.4;铬20.32g;铌5.50;钼2.82;钛0.843;铝0.382;铁18.88;碳0.025;硫0.0042等各元素含量均符合成分标准。
实施例三
(1)原料的准备:采用的原料有镍板,工业纯铁,高纯铬,高纯铌,高纯铝,高纯钛,高纯钼。镍板及工业纯铁需要进行表面清理,进行磨制和抛光后,用去离子水清洗,在无水乙醇进行超声清洗,烘干,然后按照标准合金成分进行配比。其成分配比为:镍26.940g;铬9.522g;铌2.719g;钼1.529g;钛0.501g;铝0.195g;铁8.639g。
(2)装炉:将钛锭放置于电弧炉中心坩埚内,配好的合金原料放入其他熔炼坩埚内,放置规则为,高熔点的金属放置于坩埚上部,低熔点的金属放置于坩埚底部。然后进行抽真空,待真空度达到5×10-3Pa时,停止抽气,充入氩气至-0.05MPa。
(3)合金的熔炼:首先进行纯钛锭的熔炼,启动电源,进行引弧,预热3-5分钟后,逐渐加大熔炼电流至250-350mA,待钛锭熔化完全后,熔炼3-5分钟,逐渐减小电流至最小,熄灭电弧。然后进行合金的熔炼,将电极棒转至熔炼坩埚上部,启动电源,进行引弧,预热3-5分钟后,逐渐加大熔炼电流至250-350mA,待原料基本熔化完全,打开磁搅拌开关,对熔体进行磁搅拌,逐渐加大磁搅拌电流,至能看到坩埚底部,进行透底熔炼3-5分钟后,逐渐减小磁搅拌电流至最小,关闭磁搅拌开关,逐渐减少熔炼电流至最小,熄灭电弧,冷却5-10分钟,翻转铸锭。多次重复上述熔炼过程。待冷却至室温后,取出合金铸锭,即得到镍基高温合金Inconel718铸锭。
(4)熔炼所得合金的进行化学成分检测,各元素百分含量为:镍52.9;铬18.19;铌5.77;钼2.84;钛0.855;铝0.407;铁18.64;碳0.0261;硫0.0066等各元素含量均符合成分标准。
Claims (6)
1.一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
1)原料的准备:该制备方法熔炼镍基高温合金Inconel718所需的原料有镍板,工业纯的铁、铬、铌、铝、钛、钼,镍板及工业纯铁需要进行表面清理,进行磨制和抛光后,用去离子水清洗,在无水乙醇中进行超声清洗,烘干,然后按照镍基高温合金Inconel718的标准合金成分进行配比;
2)装炉:将纯钛锭放置于电弧炉中心坩埚内,配比好的合金原料放入其他熔炼坩埚内;原料的放置规则为,高熔点的金属原料放置于坩埚上部,低熔点的金属原料放置于坩埚底部,然后进行抽取真空的操作,待真空度达到5×10-3Pa时,停止抽气,充入纯氩气至真空度为-0.05MPa;
3)合金的熔炼:首先进行纯钛锭的熔炼,启动电源,进行引弧,预热3-5分钟后,逐渐加大熔炼电流,待钛锭熔化完全后,熔炼3-5分钟,逐渐减小电流至最小,熄灭电弧;然后进行合金的熔炼,将电极棒转至熔炼坩埚上部,启动电源,进行引弧,预热3-5分钟后,逐渐加大熔炼电流,待原料基本熔化完全,打开磁搅拌开关,对熔体进行磁搅拌,逐渐加大磁搅拌电流,至能看到坩埚底部,进行透底熔炼3-5分钟后,逐渐减小磁搅拌电流至最小,关闭磁搅拌开关,逐渐减少熔炼电流至最小,熄灭电弧,冷却5-10分钟,翻转铸锭;多次重复上述熔炼过程,待冷却至室温后,开炉取出合金铸锭,即得到镍基高温合金Inconel718铸锭。
2.根据权利要求1所述一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法,其特征在于:所述原料中的镍板,工业纯铁,及其它的纯金属原料的纯度均大于99.9%,纯氩气的纯度大于99.999%。
3.根据权利要求1所述一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法,其特征在于:熔炼过程中,控制电极棒,转动熔炼电弧,使电弧充分扫到熔体的表面。
4.根据权利要求1所述一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法,其特征在于:重复熔炼过程中,熔炼3-4次后将合金铸锭转移至干净的坩埚内进行熔炼操作。
5.根据权利要求1所述一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法,其特征在于:熔炼结束时,电流减到最小后,使电弧充分扫描合金铸锭表面2-3分钟,然后熄灭电弧。
6.根据权利要求1所述一种高真空电弧炉制备镍基高温合金的方法,其特征在于:开炉取出合金铸锭前,需冷却至室温后,充入空气。
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CN105543564A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-05-04 | 西北工业大学 | 含高熔点组元的镍基三元中间合金及其制备方法 |
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