專利名稱：鎳基高溫合金的超純冶煉方法
技術領域：
本發明涉及真空冶煉技術，具體地說是一種采用普通原料實現低氣體及碳含量的鎳基高溫合金的超純冶煉方法。
背景技術：
合金中的氣體會使合金產生氣孔和疏松，而氣孔和疏松通常會成為合金斷裂裂紋源。因此，降低合金氣體含量是提高高溫合金強度的一種重要手段。對于一些鎳基高溫合金來說，碳化物為有害相，過多的碳化物會危害合金性能，因此需要發明一種同時降低氣體含量與碳含量的超純冶煉方法。
傳統高溫合金真空冶煉工藝時通常采用加碳的方法來脫氧。要冶煉低碳的高溫合金，需要在脫氧的同時脫碳，這就要求延長精煉時間、提高精煉溫度，但會因此造成某些真空下易揮發元素難以控制，而且脫碳、脫氣效果并不理想，氣體含量無法降到期望的水平，低碳與低氣體含量更是無法兼顧。按照傳統工藝，還可以通過選用高純原料來實現低氣體及碳含量的目的，但會大大提高冶煉成本。
發明內容
本發明的目的是提供一種保證低成本的同時實現低碳含量和低氣體含量的鎳基高溫合金的超純冶煉方法。
為實現以上目的，本發明的技術方案是1)脫氣處理對高溫合金元素進行化清后提溫至1600～1650℃高溫精煉15～20分，停電冷凝透，然后提溫至1490～1540℃低溫精煉20～30分，低溫精煉結束后提溫至1500～1550℃澆注成鑄錠備用。
2)采用上述經脫氣處理的元素為原料冶煉鎳基高溫合金化清后提溫至1490～1540℃低溫精煉15～20分，停電冷凝透，提溫至1500～1550℃澆注，即可獲得低碳含量和低氣體含量的鎳基高溫合金。
其中對鎳、鈷單質合金元素在脫氣處理時分別加入0.01～0.02％碳；對鉻、鎢單質合金元素，在脫氣處理時分別加入40～60％鎳。
本發明具有如下優點
1.具有低氣體含量及低碳含量兼有的特點。本發明通過合理的原材料處理工藝(即原材料的處理及合金冶煉期間均有一個冷凝透的過程)，使得合金元素具有更低的氣體含量，一般氧、氮含量均可達5ppm以下；本發明在合金冶煉期間不加碳，使得合金具有更低的碳含量，一般可達30ppm以下。
2.具有低成本特點。本發明由于采用普通原料大大降低了冶煉成本。
3.本發明合金冶煉的精煉溫度低、精煉時間短使合金成分易于控制。
4.本發明主要應用于同時要求低碳及低氣體含量的鎳基高溫合金。
圖1為本發明鎳、鈷、鎳鉻、鎳鎢脫氣處理工藝曲線。
圖2為本發明的一個實施例一種Ni75-Co5-W6-Cr6-A16-Ti2實驗鎳基高溫合金冶煉工藝曲線。
具體實施例方式
下面結合實施例和附圖詳述本發明。
以一種Ni75-Co5-W6-Cr6-A16-Ti2實驗鎳基高溫合金為實施例，首先對其中鎳、鈷、鉻、鎢進行如下脫氣處理取電解鎳、電解鈷分別加入0.015％碳化清后提溫至1600℃高溫精煉15分，停電冷凝透，然后提溫至1490℃低溫精煉20分，低溫精煉結束后提溫至1500℃澆注成鑄錠備用。參見圖1工藝曲線。
取電解鉻、鎢條分別加入50％電解鎳化清后提溫至1650℃高溫精煉20分，停電冷凝透，然后提溫至1540℃低溫精煉30分，低溫精煉結束后提溫至1550℃分別澆注成鎳鉻、鎳鎢二元合金鑄錠備用。參見圖1工藝曲線。
本發明脫碳、脫氣原理本發明脫碳及精煉期脫氧均為高溫下碳還原金屬氧化物，既發生布多爾反應，其過程可用下列反應式表示(1)(2)(3)即包括CO還原MeO及碳的氣化兩個步驟。
冷凝透過程脫氣原理如下，在溶解度范圍內氣體以原子狀態單獨溶解于金屬中，氣體在金屬中的標準溶解自由能(以氧為例)可用下式表示ΔGT0=ΔH2980-TΔS2980=A+BT---(4)]]>即
logC0=12logPO2-A′T-B′---(5)]]>式中A′=A2.303R=ΔH29802.303R]]>B′=B2.303R=-ΔS29802.303R]]>由式(5)可以看出，氧在合金中溶解濃度決定于系統內氧的分壓，因此降低系統壓力(即抽真空)即能降低氧在合金中的溶解度。此外，由于氧在合金中的溶解過程為吸熱反應，溫度降低亦可降低氧在合金中的溶解度。同理，降低系統壓力、溫度可降低氮等其它氣體在合金中的溶解度。本發明的工藝在冷凝過程中，合金溫度不斷降低，系統壓力也不斷降低，從而使氣體含量不斷降低，達到脫氣的目的。
采用以上方法處理過原材料氣體含量明顯降低，表1為幾種原材料處理前后氣體含量比較。
表1.幾種原材料處理前后氣體含量比較
原材料經脫氣處理以后就可以用來冶煉本實施例所采用的一種Ni75-Co5-W6-Cr6-A16-Ti2實驗鎳基高溫合金，具體冶煉過程如下按合金成分取經脫氣處理的鎳63％、鈷5％、鎳鉻12％、鎳鎢12％再加入鋁6％、鈦2％化清后提溫至1500℃低溫精煉20分，停電冷凝透，提溫至1550℃澆注，即可獲得低碳含量和低氣體含量的鎳基高溫合金。參見圖1工藝曲線。表2為對本實施例合金分別采用本發明工藝與傳統工藝進行冶煉時氣體及含碳量比較。
表2.本發明工藝與傳統工藝結果比較
可見采用本發明可以實現低成本下同時降低碳含量和氣體含量的目的。
權利要求
1.一種鎳基高溫合金的超純冶煉方法，其特征在于1)脫氣處理對高溫合金元素進行化清后提溫至1600～1650℃高溫精煉15～20分，停電冷凝透，然后提溫至1490～1540℃低溫精煉20～30分，低溫精煉結束后提溫至1500～1550℃澆注成鑄錠備用；2)采用上述經脫氣處理的元素為原料冶煉鎳基高溫合金化清后提溫至1490～1540℃低溫精煉15～20分，停電冷凝透，提溫至1500～1550℃澆注，即可獲得低碳含量和低氣體含量的鎳基高溫合金。
2.按照權利要求1所述冶煉方法，其特征在于其中對鎳、鈷單質合金元素在脫氣處理時分別加入0.01～0.02％碳；對鉻、鎢單質合金元素，在脫氣處理時分別加入40～60％鎳。
全文摘要
本發明公開一種鎳基高溫合金的超純冶煉方法。首先進行脫氣處理對高溫合金元素進行化清后提溫至1600～1650℃高溫精煉15～20分，停電冷凝透，然后提溫至1490～1540℃低溫精煉20～30分，低溫精煉結束后提溫至1500～1550℃澆注成鑄錠備用；然后，采用經脫氣處理的元素為原料冶煉鎳基高溫合金，即可獲得低碳含量和低氣體含量的鎳基高溫合金。由于本發明處理過原料帶入氣體較少，合金冶煉期間可以不加碳，并且不用太長精煉時間，就可以得到氣體及碳含量均很低的鎳基高溫合金，它主要應用于同時要求低碳及低氣體含量的鎳基高溫合金。
文檔編號C22C1/00GK1552928SQ0313353
公開日2004年12月8日 申請日期2003年5月31日 優先權日2003年5月31日
發明者王志輝, 金濤, 計永茂, 侯桂臣, 趙乃仁, 孫曉峰, 管恒榮, 胡壯麒 申請人:中國科學院金屬研究所