一種高真空電弧爐制備鎳基高溫合金的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種高真空電弧爐制備鎳基高溫合金的方法。該方法主要包括以下步驟：一、原料的準(zhǔn)備，該制備方法熔煉鎳基高溫合金Inconel718所需的原料有：鎳板，工業(yè)純鐵，高純鉻，高純鈮，高純鋁，高純鈦，高純鉬。將鎳板及工業(yè)純鐵原料表面除雜，進(jìn)行磨制拋光后，用去離子水和無水乙醇超聲清洗，烘干。然后按照標(biāo)準(zhǔn)合金成分進(jìn)行成分配比；二、裝爐，將配好的原料放置于高真空電弧熔煉爐的熔煉坩堝內(nèi)，抽取高真空，然后通入高純氬氣作為保護(hù)氣；三、合金的熔煉，在氬氣的保護(hù)下，引弧并進(jìn)行熔煉，待全部原料熔化后，開啟磁攪拌，并進(jìn)行多次熔煉，熔煉完成后，熄滅電弧，冷卻后獲得合金鑄錠。本方法操作方便，提高了制備效率。

Method for preparing nickel base high temperature alloy by high vacuum arc furnace

The invention relates to a method for preparing nickel base high temperature alloy by high vacuum arc furnace. The method includes the following steps: first, the preparation of raw materials, the preparation method of smelting nickel based superalloy Inconel718 required raw materials are: nickel plate, industrial pure iron, high chromium, high pure niobium, high pure aluminum, high pure titanium, high pure molybdenum. The surface of the nickel plate and the industrial pure iron were mixed and polished, and cleaned with deionized water and absolute ethanol. Then according to the standard of the composition of alloy composition; two, furnace, smelting crucible with good raw materials placed in high vacuum arc melting furnace, high vacuum extraction, and then pass into the high pure argon gas as protective gas; three, alloy smelting, under the protection of argon arc and melting, stay all the raw material after melting, open magnetic stirring, and repeated melting, melting after extinguish the arc, after cooling to obtain alloy ingot. The method is easy to operate and improves the preparation efficiency.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種高真空電弧爐制備鎳基高溫合金的方法
本專利技術(shù)屬于鎳基高溫合金制備
，具體涉及一種高真空電弧爐制備鎳基高溫合金的方法。
技術(shù)介紹
鎳基高溫合金的研發(fā)和應(yīng)用始于20世紀(jì)30年代，其在高溫合金領(lǐng)域占據(jù)著非常重要的地位。英國于1941年首先生產(chǎn)出鎳基合金Nimonic75，美國與蘇聯(lián)隨后也研制出鎳基高溫合金，我國在50年代中期才研制出鎳基高溫合金。鎳基高溫合金在高溫的極端環(huán)境下仍然具有良好的力學(xué)性能，抗氧化性能、抗腐蝕性能、焊接性能和易加工性能等，一直受到科學(xué)研究者的青睞。目前鎳基高溫合金已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各種各樣的裝置與環(huán)境中，例如：航天航空發(fā)動(dòng)機(jī)、海洋鉆采設(shè)備、閥門和石油管道的制備等。因此，研究鎳基高溫合金對(duì)我國航空航天等領(lǐng)域的發(fā)展具有重大意義。鎳基高溫合金的研究工作主要集中在兩個(gè)方面：合金成分的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝的改進(jìn)。鎳基高溫合金的組織和性能的好壞，除了受所用原材料的純凈度的影響外，很大程度上取決于熔煉設(shè)備和工藝流程。目前，常用的鎳基高溫合金熔煉設(shè)備主要包括真空感應(yīng)爐、電渣重熔爐、真空電弧重熔爐等。通常采用的熔煉工藝為多聯(lián)工藝，該工藝較為復(fù)雜和繁瑣。首先用真空感應(yīng)爐熔煉出母合金錠，然后進(jìn)行合金錠的精煉和提純。后續(xù)的精煉過程一般包括電渣重熔和真空電弧重熔。目前，國內(nèi)外鎳基高溫合金的制備方法通常采用真空感應(yīng)加電渣重熔，真空感應(yīng)加真空電弧重熔，真空感應(yīng)加電渣重熔加真空電弧重熔等雙聯(lián)或三聯(lián)工藝，這種生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜，能量利用率低，生產(chǎn)效率低。而且，生產(chǎn)過程還存在如下問題：真空感應(yīng)熔煉過程合金熔體會(huì)和爐內(nèi)材料反應(yīng)生成氧化物夾雜；電渣重熔時(shí)凝固速率低，電極易在高溫情況下氧化；電弧重熔不能提供高真空，因此不能完全去除氧和氮等雜質(zhì)元素；合金鑄錠表面缺陷較多，低熔點(diǎn)合金元素的燒損等。因此，專利技術(shù)出一種工藝簡單，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品純凈度高的鎳基高溫合金制備方法顯得十分必要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
技術(shù)問題：本專利技術(shù)為克服上述問題，提供一種高真空電弧爐制備鎳基高溫合金的方法，將原料按照標(biāo)準(zhǔn)成分配比，放置于高真空電弧爐內(nèi)，利用磁攪拌，透底熔煉，翻轉(zhuǎn)鑄錠，多次熔煉等方式，有效的降低了雜質(zhì)含量和合金成分偏析，從而獲得高純度的鎳基高溫合金鑄錠。技術(shù)方案：本專利技術(shù)的一種高真空電弧爐制備鎳基高溫合金的方法包括下列步驟：1)原料的準(zhǔn)備：該制備方法熔煉鎳基高溫合金Inconel718所需的原料有鎳板，工業(yè)純的鐵、鉻、鈮、鋁、鈦、鉬，鎳板及工業(yè)純鐵需要進(jìn)行表面清理，進(jìn)行磨制和拋光后，用去離子水清洗，在無水乙醇中進(jìn)行超聲清洗，烘干，然后按照鎳基高溫合金Inconel718的標(biāo)準(zhǔn)合金成分進(jìn)行配比；2)裝爐：將純鈦錠放置于電弧爐中心坩堝內(nèi)，配比好的合金原料放入其他熔煉坩堝內(nèi)；原料的放置規(guī)則為，高熔點(diǎn)的金屬原料放置于坩堝上部，低熔點(diǎn)的金屬原料放置于坩堝底部，然后進(jìn)行抽取真空的操作，待真空度達(dá)到5×10-3Pa時(shí)，停止抽氣，充入純氬氣至真空度為-0.05MPa；3)合金的熔煉：首先進(jìn)行純鈦錠的熔煉，啟動(dòng)電源，進(jìn)行引弧，預(yù)熱3-5分鐘后，逐漸加大熔煉電流，待鈦錠熔化完全后，熔煉3-5分鐘，逐漸減小電流至最小，熄滅電弧；然后進(jìn)行合金的熔煉，將電極棒轉(zhuǎn)至熔煉坩堝上部，啟動(dòng)電源，進(jìn)行引弧，預(yù)熱3-5分鐘后，逐漸加大熔煉電流，待原料基本熔化完全，打開磁攪拌開關(guān)，對(duì)熔體進(jìn)行磁攪拌，逐漸加大磁攪拌電流，至能看到坩堝底部，進(jìn)行透底熔煉3-5分鐘后，逐漸減小磁攪拌電流至最小，關(guān)閉磁攪拌開關(guān)，逐漸減少熔煉電流至最小，熄滅電弧，冷卻5-10分鐘，翻轉(zhuǎn)鑄錠；多次重復(fù)上述熔煉過程，待冷卻至室溫后，開爐取出合金鑄錠，即得到鎳基高溫合金Inconel718鑄錠。所述原料中的鎳板，工業(yè)純鐵，及其它的純金屬原料的純度均大于99.9％，純氬氣的純度大于99.999％。熔煉過程中，控制電極棒，轉(zhuǎn)動(dòng)熔煉電弧，使電弧充分掃到熔體的表面。重復(fù)熔煉過程過程中，熔煉3-4次后將合金鑄錠轉(zhuǎn)移至干凈的坩堝內(nèi)進(jìn)行熔煉操作。熔煉結(jié)束時(shí)，電流減到最小后，使電弧充分掃描合金鑄錠表面2-3分鐘，然后熄滅電弧。開爐取出合金鑄錠前，需冷卻至室溫后，充入空氣。有益效果：(1)原材料的清洗，有效降低了雜質(zhì)的引入，在高純氬氣保護(hù)下，先熔煉鈦錠，進(jìn)一步去除爐內(nèi)氧氣，凈化爐內(nèi)空氣，防止合金熔煉過程中被氧化。(2)裝爐過程中，高熔點(diǎn)金屬在坩堝上部，低熔點(diǎn)金屬在坩堝底部，有利于原料快速的熔化，減少了低熔點(diǎn)易揮發(fā)合金元素的燒損。(3)本專利技術(shù)通過采用磁攪拌，多次重復(fù)熔煉，保證了各合金原料充分熔化，從而有效減少高熔點(diǎn)金屬元素(如鈮)的偏析。(4)反復(fù)熔煉過程中把合金鑄錠轉(zhuǎn)移至干凈的坩堝中，可以有效減少雜質(zhì)的含量，提高了合金鑄錠的純凈度。(5)熔煉結(jié)束時(shí)，使電弧充分掃描合金鑄錠表面2-3分鐘后再熄滅，有效避免了鑄錠局部冷卻過快引起裂紋等缺陷。(6)開爐取樣前，冷卻至室溫后，充入空氣，防止了鑄錠溫度過高接觸空氣而被氧化。(7)本專利技術(shù)采用高真空電弧爐，一次裝爐即可完成合金的熔煉，工藝簡單，操作方便，適合實(shí)驗(yàn)室制備小型高純鎳基高溫合金鑄錠。(8)經(jīng)過相同熱處理工藝后，本專利技術(shù)熔煉出的鎳基合金Inconel718其力學(xué)性能優(yōu)于傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)出的該合金。合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度提升5％-10％，合金的塑性得到顯著改善。附圖說明圖1熔煉出的鎳基高溫合金Inconel718顯微組織圖。圖2相同熱處理工藝下的Inconel718的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)說明本專利技術(shù)，但是本專利技術(shù)并不局限于具體實(shí)施例。實(shí)施例一(1)原料的準(zhǔn)備：采用的原料有鎳板，工業(yè)純鐵，高純鉻，高純鈮，高純鋁，高純鈦，高純鉬。鎳板及工業(yè)純鐵需要進(jìn)行表面清理，進(jìn)行磨制和拋光后，用去離子水清洗，在無水乙醇進(jìn)行超聲清洗，烘干，然后按照標(biāo)準(zhǔn)合金成分進(jìn)行配比。其成分配比為：鎳26.911g；鉻9.805g；鈮2.654g；鉬1.462g；鈦0.452g；鋁0.204g；鐵8.512g。(2)裝爐：將鈦錠放置于電弧爐中心坩堝內(nèi)，配好的合金原料放入其他熔煉坩堝內(nèi)，放置規(guī)則為，高熔點(diǎn)的金屬放置于坩堝上部，低熔點(diǎn)的金屬放置于坩堝底部。然后進(jìn)行抽真空，待真空度達(dá)到5×10-3Pa時(shí)，停止抽氣，充入氬氣至-0.05MPa。(3)合金的熔煉：首先進(jìn)行純鈦錠的熔煉，啟動(dòng)電源，進(jìn)行引弧，預(yù)熱3-5分鐘后，逐漸加大熔煉電流至250-350mA，待鈦錠熔化完全后，熔煉3-5分鐘，逐漸減小電流至最小，熄滅電弧。然后進(jìn)行合金的熔煉，將電極棒轉(zhuǎn)至熔煉坩堝上部，啟動(dòng)電源，進(jìn)行引弧，預(yù)熱3-5分鐘后，逐漸加大熔煉電流至250-350mA，待原料基本熔化完全，打開磁攪拌開關(guān)，對(duì)熔體進(jìn)行磁攪拌，逐漸加大磁攪拌電流，至能看到坩堝底部，進(jìn)行透底熔煉3-5分鐘后，逐漸減小磁攪拌電流至最小，關(guān)閉磁攪拌開關(guān)，逐漸減少熔煉電流至最小，熄滅電弧，冷卻5-10分鐘，翻轉(zhuǎn)鑄錠。多次重復(fù)上述熔煉過程。待冷卻至室溫后，取出合金鑄錠，即得到鎳基高溫合金Inconel718鑄錠。圖1為熔煉出的鎳基高溫合金Inconel718顯微組織圖。(4)熔煉所得合金的進(jìn)行化學(xué)成分檢測，各元素百分含量為鎳53.20；鉻18.20g；鈮5.78；鉬2.83；鈦0.849；鋁0.406；鐵18.51；碳0.027；硫0.0068等各元素含量均符合成分標(biāo)準(zhǔn)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高真空電弧爐制備鎳基高溫合金的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：1)原料的準(zhǔn)備：該制備方法熔煉鎳基高溫合金Inconel718所需的原料有鎳板，工業(yè)純的鐵、鉻、鈮、鋁、鈦、鉬，鎳板及工業(yè)純鐵需要進(jìn)行表面清理，進(jìn)行磨制和拋光后，用去離子水清洗，在無水乙醇中進(jìn)行超聲清洗，烘干，然后按照鎳基高溫合金Inconel718的標(biāo)準(zhǔn)合金成分進(jìn)行配比；2)裝爐：將純鈦錠放置于電弧爐中心坩堝內(nèi)，配比好的合金原料放入其他熔煉坩堝內(nèi)；原料的放置規(guī)則為，高熔點(diǎn)的金屬原料放置于坩堝上部，低熔點(diǎn)的金屬原料放置于坩堝底部，然后進(jìn)行抽取真空的操作，待真空度達(dá)到5×10

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高真空電弧爐制備鎳基高溫合金的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：1)原料的準(zhǔn)備：該制備方法熔煉鎳基高溫合金Inconel718所需的原料有鎳板，工業(yè)純的鐵、鉻、鈮、鋁、鈦、鉬，鎳板及工業(yè)純鐵需要進(jìn)行表面清理，進(jìn)行磨制和拋光后，用去離子水清洗，在無水乙醇中進(jìn)行超聲清洗，烘干，然后按照鎳基高溫合金Inconel718的標(biāo)準(zhǔn)合金成分進(jìn)行配比；2)裝爐：將純鈦錠放置于電弧爐中心坩堝內(nèi)，配比好的合金原料放入其他熔煉坩堝內(nèi)；原料的放置規(guī)則為，高熔點(diǎn)的金屬原料放置于坩堝上部，低熔點(diǎn)的金屬原料放置于坩堝底部，然后進(jìn)行抽取真空的操作，待真空度達(dá)到5×10-3Pa時(shí)，停止抽氣，充入純氬氣至真空度為-0.05MPa；3)合金的熔煉：首先進(jìn)行純鈦錠的熔煉，啟動(dòng)電源，進(jìn)行引弧，預(yù)熱3-5分鐘后，逐漸加大熔煉電流，待鈦錠熔化完全后，熔煉3-5分鐘，逐漸減小電流至最小，熄滅電弧；然后進(jìn)行合金的熔煉，將電極棒轉(zhuǎn)至熔煉坩堝上部，啟動(dòng)電源，進(jìn)行引弧，預(yù)熱3-5分鐘后，逐漸加大熔煉電流，待原料基本熔化完全，打開磁攪拌開關(guān)，對(duì)熔體進(jìn)行磁攪拌，逐漸加大磁攪拌電流，至能看到坩堝底部...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：余新泉，張可升，陳鋒，張友法，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32