一种熔炼过程中分步多形式加碳冶炼镍基高温合金的方法
【专利摘要】本发明公开了一种熔炼过程中分步多形式加碳冶炼镍基高温合金的方法。该方法主要包括如下步骤：在CaO坩埚中依次加入50-60wt.%的Ni、全部Co、15-25wt.%Cr-C、全部Ti、全部Mo、全部W、全部Ta、全部Re、全部Hf和剩余Ni；在加料槽中分隔装入剩余Cr-C、Al；抽真空至真空度达到0.1Pa时，熔化合金；熔化完毕后，在1540℃-1560℃精炼5~10分钟，再加入剩余Cr-C中间合金至全部熔化后，停电、结膜、破膜加入Al，均匀搅拌，在1450℃~1500℃浇铸成母合金铸锭。本发明分步多形式加碳技术能够降低合金气体含量，保证碳元素充分发挥脱氧作用的同时，能够促进碳在高温合金中的溶解，易于精确控制合金元素成分。
【专利说明】一种熔炼过程中分步多形式加碳冶炼镍基高温合金的方法 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明涉及一种熔炼过程加碳冶炼镍基高温合金的方法，通过分步添加 Cr-C中 间合金促进碳在镍基高温合金冶炼过程中的溶解以精炼母合金，优化合金组织，提高高温 合金的性能，本发明可作为高性能、低杂质含量镍基高温合金铸锭的制备技术。 【背景技术】
[0002] 随着高温合金的发展，合金成分在不断的变化，其中碳的添加已成为在镍基高温 合金中不可或缺的元素。碳在镍基高温合金中具有特殊的作用。首先，对于铸造多晶高温 合金，通过形成多种碳化物强化晶界，尤其是铸造成型复杂构件时，碳的添加能够明显降低 雀斑、小角度晶界等缺陷的形成。其次，对于单晶高温合金中，碳的添加强化了单晶中不可 避免出现地小角晶界，提高单晶成品率。另外，碳是母合金熔炼时的精炼元素，碳的添加促 使精炼过程中形成氧化物溢出，提高了合金的纯净度，改善了合金的铸造性能，一定量的碳 的添加显著提高了合金的力学性能。
[0003] 镍基高温合金母合金的传统冶炼方法是，在装料过程中添加单质碳（专利：CN 101538664A)，不能有效的发挥碳的脱氧作用，即使在熔炼过程中分步添加碳（专利号：CN 101994019A)，虽然充分发挥了碳在精炼过程中的脱氧作用，但无法有效促进碳在高温合金 中的溶解。因此，如何充分发挥碳在高温合金中的作用，关键是促进碳在镍基高温合金中的 溶解，促使碳在铸造多晶镇基商温合金中形成碳化物以强化合金晶界，进一步提商镇基商 温合金的高温性能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的针对现有高温合金在装料或冶炼过程中添加单质碳，不能有效促进 碳在镍基合金的溶解等不足，提供了一种熔炼过程中分步添加 Cr-c中间合金冶炼镍基高 温合金的方法，在保证合金冶炼过程中脱氧的同时，促进了碳在镍基高温合金中的溶解。
[0005] 实现本发明的技术方案是：一种熔炼过程中分步多形式加碳冶炼镍基高温合金的 方法，包括以下步骤：
[〇〇〇6] (1)装炉
[0007] 按目标合金成分设计母合金加料方式，其中Cr、C先冶炼成Cr-C中间合金，在CaO 坩埚中依次加入50_60wt. %的Ni、全部Co、15-25wt. %Cr-C、全部Ti、全部Mo、全部W、全部 Ta、全部Re、全部Hf和其余40-50wt. %的Ni ;在加料槽中分隔装入其余Cr-C、A1，所述的 目标合金成分如下：5-8% Cr，5-8% Co, 0-2. 5% Mo, 0-8% W，0-6. 5% Ta，0-3% Re，0-6. 2% Α1，0-2· 5% Ti，〇-〇. 2% Hf，0. 05-0. 1% C，Ni 余量；
[0008] (2)合金熔炼与精炼
[0009] 采用真空感应熔炼炉升温至炉料完全熔化进行熔炼，在1540-1560°C精炼5?10 分钟；
[0010] ⑶停电冷凝
[0011] 精炼结束后，停电冷凝15-20分钟；
[〇〇12] (4)二次加料
[0013] 冷凝处理结束后，抽真空至真空度达到0. IPa时，升温至1500°C熔化合金，熔体冲 开氧化膜后，加入剩余Cr-C合金、A1 ;
[0014] (5)停电浇注
[0015] 二次加料结束后，在1500°C保温5-10分钟后停电冷凝，在1450°C?1500°C浇铸成 母合金铸锭。
[0016] 步骤（2)中所述的升温速率为50°C /分钟。
[0017] 步骤⑷中所述的升温速率为50°C /分钟。
[0018] 本发明在熔炼过程中分步多形式加碳冶炼镍基高温合金具有如下优点：在母合 金冶炼过程中添加碳，可以减少合金中的氧含量，提高合金的纯洁度，从而改善合金的铸造 性能；本发明利用C在Cr中易于溶解形成Cr-C化合物优点，先炼制易于控制成分的中间 合金，通过冶炼过程中添加 Cr-C中间合金，促进碳在镍基高温合金中的溶解以优化合金组 织，可以降低如雀斑、小角度晶界等晶粒缺陷的数量，特别是合金中的碳化物能够强化单晶 中不可避免出现的小角度晶界，能够提高单晶成品率。 【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是本发明镍基高温合金熔炼流程图。 【具体实施方式】
[0020] 实施例1
[0021] 本实施例合金成分及原材料牌号见表1
[0022] 表 1
[0023]
【权利要求】
1. 一种熔炼过程中分步多形式加碳冶炼镍基高温合金的方法，其特征在于，包括以下 步骤： (1) 装炉 按目标合金成分设计母合金加料方式，其中Cr、c先冶炼成Cr-C中间合金，在CaO坩埚 中依次加入50-60wt. %的Ni、全部Co、15-25wt. %Cr-C、全部Ti、全部Mo、全部W、全部Ta、 全部Re、全部Hf和其余40-50wt. %的Ni ;在加料槽中分隔装入其余Cr-C、A1，所述的目标 合金成分如下：5-8% Cr，5-8% Co,0-2. 5% Mo,0-8% W，0-6. 5% Ta，0-3% Re，0-6. 2% A1， 0-2. 5% Ti，〇-〇. 2% Hf，0. 05-0. 1% C，Ni 余量； (2) 合金熔炼与精炼 采用真空感应熔炼炉升温至炉料完全熔化进行熔炼，在1540-1560°C精炼5?10分 钟； (3) 停电冷凝 精炼结束后，停电冷凝15-20分钟； (4) 二次加料 冷凝处理结束后，抽真空至真空度达到0. IPa时，升温至1500°C熔化合金，熔体冲开氧 化月旲后，加入剩余Cr-C合金、A1 ; (5) 停电浇注 二次加料结束后，在1500°C保温5-10分钟后停电冷凝，在1450°C?1500°C浇铸成母合 金铸锭。
2. 根据权利要求1所述的熔炼过程中分步多形式加碳冶炼镍基高温合金的方法，其特 征在于，步骤（2)中所述的升温速率为50°C /分钟。
3. 根据权利要求1所述的熔炼过程中分步多形式加碳冶炼镍基高温合金的方法，其特 征在于，步骤（4)中所述的升温速率为50°C /分钟。
【文档编号】C22C19/05GK104046820SQ201410251278
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】陈 光, 周雪峰, 冯亚亚, 李沛 申请人:南京理工大学, 江苏省（丹阳）高性能合金材料研究院, 南京鼎正新材料科技有限公司, 南京一甲新材料科技有限公司