本发明涉及合金技术领域，尤其涉及一种用于制造船舶螺旋桨轴的合金。
背景技术：
船舶的螺旋桨轴不仅需要较好的耐发动机高温性能，还需要有较强的耐腐蚀性，从而保证船舶在海上的长期航行安全，同时可以减少维修次数和成本。本发明采用高温合金材料牌号为ZG40Ni48Cr30W15Si2，其主要元素有碳、硅、锰、铬、镍、钨、磷、硫等，其中铬和镍的含量较高，其屈服强度ReL≥295MPa，抗拉强度Rm≥490MPa，延伸率A≥2％，合金成分比较简单，成本较低，具有较好的耐高温性能和强度，为了增加其那腐蚀性，在其中添加了合理比例的镁和铝元素，使得生产出的合金具有较强的耐腐蚀性，适用于铸造船舶的螺旋桨轴。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明公开了一种用于制造船舶螺旋桨轴的合金的制备工艺。
为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于制造船舶螺旋桨轴的合金，其特征在于：由以下重量份的原料制成：C 0.35～0.45份、Si 1.0～2.0份、Mn 1.0～1.5份、Cr 28.0～32.0份、Ni 45.0～50.0份、W 14.0～17.0份、P≤0.03份、S≤0.03份、Mg 14.0～17.0份、Al 13.0～15.0份；
所述用于制造船舶螺旋桨轴的合金的制备工艺，其特征在于：具体步骤为：
(1)将Ni置于熔炼炉底部，然后向熔炼炉内添加C、Si、Mn、Cr、W、P、S，最后将剩余的Ni置于顶部；接着通入氩气，并将熔炼炉升温至1600～1750℃，进行高温精炼30-50min；随后降温至1450～1500℃，进行低温精炼20～30min；然后再降温至710～750℃，并加入Mg、Al，搅拌至Mg、Al全部熔化，并静置15～30min；再降温至650～700℃，并加入六氯乙烷(C2Cl6)溶液；最后降温冷却，浇注成圆棒，并将圆棒表面砂磨精整、备用；
(2)在保护气氛电渣重熔炉中将CaF2、CaO2制成电渣重熔的渣料，通入保护气体氩气，并将渣料加热至熔融状态，倒入结晶器中，并向结晶器的壳体壁内通入低温冷却水，然后将步骤(1)中制备的圆棒缓慢下降到熔融的电渣重熔的渣料中，并通电起弧，调整重熔电压至50～70V、电流4000～7000A，圆棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的圆棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净，表面光洁的合金锭；
(3)将步骤(2)中的合金锭在1150℃保温1～2h后进行淬火；然后进行第一次冷轧和退火，在第一次冷轧变形量达50～60％后，在750～820℃下保温3～4小时；接着再进行第 二次冷轧和退火，在冷轧变形量再达到50～60％后，在530～650℃下保温4～5小时；最后进行第三次冷轧和退火：在冷轧变形量再达到50～60％后，在480～500℃下保温12～24小时，从而得到获得具有一定机械性能、形状和尺寸的螺旋桨轴铸件；
(4)将步骤(3)得到的螺旋桨轴铸件放入热等静压机内，控制温度1000～1200℃，压力100～200Mpa，保持30～50min；接着取出放入热处理炉内，控制温度1150～1200℃、保温10～30h，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；随后放入真空气淬炉，控制温度900～1000℃，保温5～10h，以50～100℃/h的速度冷却至500～600℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；最后再放入箱式电炉，控制温度700～750℃，保温5～10h，以50～60℃/h的速度冷却至400～450℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；
(5)利用金属机械加工设备，对步骤(4)得到的螺旋桨轴铸件外形、尺寸等进一步精确加工；
(6)检验步骤(5)得到的螺旋桨轴铸件质量，包括螺旋桨轴铸件的表面有无明显结疤、裂纹和渣沟、螺旋桨轴铸件补缩端面平滑有无明显缩孔，以及内部无明显缩孔、疏松等缺陷，对不合格的重新加工，然后用超声波无损探伤仪检测螺旋桨轴铸件内部是否有裂痕，如有裂痕则为废品，检验合格的为成品，入库。
本发明的一种新型高温合金螺旋桨轴铸件生产工艺，首先将C、Si、Mn、Cr、W、P、S、Ni放入熔炼炉内进行高低温精炼，并通入氩气保护，随后加入Mg、Al搅拌熔炼，最后降温冷却，浇注成圆棒，为后续电渣重熔做准备。通入的氩气可以保护合金熔液，可有效防止熔融合金发生氧化，同时也阻挡杂质和空气中的湿气，对合金的生产率和质量常常具有重要作用。同时，六氯乙烷熔液可根据实际需要，非常有效地降低铝合金中的杂质镁量，较好的控制合金中的镁的含量。
随后制备电渣重熔的渣料，并加热至熔融状态，倒入结晶器中，并向结晶器的壳体壁内通入低温冷却水，然后将制备的自熔电极棒缓慢下降到熔融的电渣重熔的渣料中，并通电起弧，熔化后的自熔电极棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净，表面光洁的合金锭。如此，经电渣重熔的合金，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、合金锭子表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀。
接着通过淬火以及三次冷轧和退火处理，获得具有一定机械性能、形状和尺寸的螺旋桨轴铸件。
然后将螺旋桨轴铸件放入热等静压机内，进行热等静压处理，使得螺旋桨轴铸件得以烧结和致密化,通过热等静压处理后，螺旋桨轴铸件可以达到100％致密化，提高螺旋桨轴铸件 的整体力学性能；之后进行热处理，以获得所要求的组织状态和良好的综合性能。
最后，利用金属机械加工设备，螺旋桨轴铸件外形、尺寸等进一步精确加工，并对螺旋桨轴铸件的表面有无明显结疤、裂纹和渣沟、合金锭补缩端面平滑有无明显缩孔，以及内部无明显缩孔、疏松等缺陷，对不合格的重新加工，然后用超声波无损探伤仪检测螺旋桨轴铸件内部是否有裂痕，如有裂痕则为废品，检验合格的为成品，入库，如此得到的螺旋桨轴铸件具有较好的耐发动机高温和耐海水腐蚀性。
进一步的，所述步骤(2)中渣料的组成成分以及各成分的重量份数分别为：CaF240～70份、CaO2 10～30份。
进一步的，所述步骤(4)中纯氩气进行高压气吹，分4～7次气吹，每次1～3s，气吹次数越多，每次气吹时间越短。
进一步的，所述步骤(5)中的金属机械加工设备包括：车床、铣床、铇床和镗床等。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过高低温精炼，并通入氩气保护，可以保护合金熔液，可有效防止熔融合金发生氧化，同时也阻挡杂质和空气中的湿气，对合金的生产率和质量常常具有重要作用；在加入镁铝后，通入六氯乙烷熔液，可根据实际需要，非常有效地降低铝合金中的杂质镁量，较好的控制合金中的镁的含量，从而保证合金的耐腐蚀性；采用电渣重熔工艺，使得经电渣重熔的合金，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、合金锭子表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀；通过淬火以及三次冷轧和退火处理，获得具有一定机械性能、形状和尺寸的螺旋桨轴铸件；在热处理前采用热等静压处理，使得螺旋桨轴铸件得以烧结和致密化,通过热等静压处理后，螺旋桨轴铸件可以达到100％致密化，提高螺旋桨轴铸件的整体力学性能；采用热处理，获得的铸造件具有组织状态良好的综合性能；对合金锭的表面有无明显结疤、裂纹和渣沟、合金锭补缩端面平滑有无明显缩孔，以及内部无明显缩孔、疏松等缺陷进行检验，对不合格的重新加工，并用超声波无损探伤仪检测螺旋桨轴铸件内部是否有裂痕，保证了螺旋桨轴铸件的质量，具有良好的市场前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
本实施例所述一种用于制造船舶螺旋桨轴的合金，由以下重量份的原料制成：C 0.40份、Si 1.5份、Mn 1.32份、Cr 30.0份、Ni 47.0份、W 15.0份、P 0.03份、S 0.03份、Mg 15.0份、Al 14.0份；
所述的耐腐蚀的高温合金螺旋桨轴铸件制造工艺，具体步骤为：
(1)将Ni置于熔炼炉底部，然后向熔炼炉内添加C、Si、Mn、Cr、W、P、S，最后将剩余的Ni置于顶部；接着通入氩气，并将熔炼炉升温至1700℃，进行高温精炼40min；随后降温至1470℃，进行低温精炼25min；然后再降温至723℃，并加入Mg、Al，搅拌至Mg、Al全部熔化，并静置20min；再降温至680℃，并加入六氯乙烷(C2Cl6)溶液；最后降温冷却，浇注成圆棒，并将圆棒表面砂磨精整、备用；
(2)在保护气氛电渣重熔炉中将CaF2 50份、CaO2 20份，制成电渣重熔的渣料，通入保护气体氩气，并将渣料加热至熔融状态，倒入结晶器中，并向结晶器的壳体壁内通入低温冷却水，然后将步骤(1)中制备的圆棒缓慢下降到熔融的电渣重熔的渣料中，并通电起弧，调整重熔电压至60V、电流5000A，圆棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的圆棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净，表面光洁的合金锭；
(3)将步骤(2)中的合金锭在1150℃保温1.5h后进行淬火；然后进行第一次冷轧和退火，在第一次冷轧变形量达55％后，在790℃下保温3.5小时；接着再进行第二次冷轧和退火，在冷轧变形量再达到55％后，在600℃下保温4.5小时；最后进行第三次冷轧和退火：在冷轧变形量再达到55％后，在490℃下保温18小时，从而得到获得具有一定机械性能、形状和尺寸的螺旋桨轴铸件；
(4)将步骤(3)得到的螺旋桨轴铸件放入热等静压机内，控制温度1100℃，压力150Mpa，保持40min；接着取出放入热处理炉内，控制温度1170℃、保温20h，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；随后放入真空气淬炉，控制温度800℃，保温7h，以70℃/h的速度冷却至550℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；最后再放入箱式电炉，控制温度730℃，保温7h，以55℃/h的速度冷却至420℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；其中，纯氩气进行高压气吹，分6次气吹，每次2s，气吹次数越多，每次气吹时间越短；
(5)利用镗床，对步骤(4)得到的螺旋桨轴铸件外形、尺寸等进一步精确加工；
(6)检验步骤(5)得到的合金锭质量，包括合金锭的表面有无明显结疤、裂纹和渣沟、合金锭补缩端面平滑有无明显缩孔，以及内部无明显缩孔、疏松等缺陷，对不合格的重新加工，然后用超声波无损探伤仪检测螺旋桨轴铸件内部是否有裂痕，如有裂痕则为废品，检验合格的为成品，入库。
实施例2
本实施例所述一种用于制造船舶螺旋桨轴的合金，由以下重量份的原料制成：C 0.35份、Si 2.0份、Mn 1.0份、Cr 32.0份、Ni 45.0份、W 17.0份、P 0.02份、S 0.02份、Mg 14.0份、Al 15.0份；
所述的耐腐蚀的高温合金螺旋桨轴铸件制造工艺，具体步骤为：
(1)将Ni置于熔炼炉底部，然后向熔炼炉内添加C、Si、Mn、Cr、W、P、S，最后将剩余的Ni置于顶部；接着通入氩气，并将熔炼炉升温至1600℃，进行高温精炼50min；随后降温至1450℃，进行低温精炼30min；然后再降温至710℃，并加入Mg、Al，搅拌至Mg、Al全部熔化，并静置30min；再降温至650℃，并加入六氯乙烷(C2Cl6)溶液；最后降温冷却，浇注成圆棒，并将圆棒表面砂磨精整、备用；
(2)在保护气氛电渣重熔炉中将CaF2 70份、CaO2 10份，制成电渣重熔的渣料，通入保护气体氩气，并将渣料加热至熔融状态，倒入结晶器中，并向结晶器的壳体壁内通入低温冷却水，然后将步骤(1)中制备的圆棒缓慢下降到熔融的电渣重熔的渣料中，并通电起弧，调整重熔电压至70V、电流4000A，圆棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的圆棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净，表面光洁的合金锭；
(3)将步骤(2)中的合金锭在1150℃保温2h后进行淬火；然后进行第一次冷轧和退火，在第一次冷轧变形量达50％后，在820℃下保温3小时；接着再进行第二次冷轧和退火，在冷轧变形量再达到60％后，在530℃下保温5小时；最后进行第三次冷轧和退火：在冷轧变形量再达到50％后，在500℃下保温12小时，从而得到获得具有一定机械性能、形状和尺寸的螺旋桨轴铸件；
(4)将步骤(3)得到的螺旋桨轴铸件放入热等静压机内，控制温度1200℃，压力100Mpa，保持50min；接着取出放入热处理炉内，控制温度1150℃、保温30h，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；随后放入真空气淬炉，控制温度900℃，保温10h，以50℃/h的速度冷却至600℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；最后再放入箱式电炉，控制温度700℃，保温10h，以50℃/h的速度冷却至450℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；其中，纯氩气进行高压气吹，分4次气吹，每次3s，气吹次数越多，每次气吹时间越短；
(5)利用铣床，对步骤(4)得到的螺旋桨轴铸件外形、尺寸等进一步精确加工；
(6)检验步骤(5)得到的合金锭质量，包括合金锭的表面有无明显结疤、裂纹和渣沟、合金锭补缩端面平滑有无明显缩孔，以及内部无明显缩孔、疏松等缺陷，对不合格的重新加工，然后用超声波无损探伤仪检测螺旋桨轴铸件内部是否有裂痕，如有裂痕则为废品，检验合格的为成品，入库。
实施例3
本实施例所述一种用于制造船舶螺旋桨轴的合金，由以下重量份的原料制成：C 0.45份、Si 1.0份、Mn 1.5份、Cr 28.0份、Ni 50.0份、W 14.0份、P 0.025份、S 0.025份、Mg 17.0 份、Al 13.0份；
所述的耐腐蚀的高温合金螺旋桨轴铸件制造工艺，具体步骤为：
(1)将Ni置于熔炼炉底部，然后向熔炼炉内添加C、Si、Mn、Cr、W、P、S，最后将剩余的Ni置于顶部；接着通入氩气，并将熔炼炉升温至1750℃，进行高温精炼30min；随后降温至1500℃，进行低温精炼20min；然后再降温至750℃，并加入Mg、Al，搅拌至Mg、Al全部熔化，并静置15min；再降温至700℃，并加入六氯乙烷(C2Cl6)溶液；最后降温冷却，浇注成圆棒，并将圆棒表面砂磨精整、备用；
(2)在保护气氛电渣重熔炉中将CaF2 40份、CaO2 30份，制成电渣重熔的渣料，通入保护气体氩气，并将渣料加热至熔融状态，倒入结晶器中，并向结晶器的壳体壁内通入低温冷却水，然后将步骤(1)中制备的圆棒缓慢下降到熔融的电渣重熔的渣料中，并通电起弧，调整重熔电压至50V、电流7000A，圆棒受电阻热缓慢熔化，熔化后的圆棒液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器的底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净，表面光洁的合金锭；
(3)将步骤(2)中的合金锭在1150℃保温1h后进行淬火；然后进行第一次冷轧和退火，在第一次冷轧变形量达60％后，在750℃下保温4小时；接着再进行第二次冷轧和退火，在冷轧变形量再达到50％后，在650℃下保温4小时；最后进行第三次冷轧和退火：在冷轧变形量再达到60％后，在480℃下保温24小时，从而得到获得具有一定机械性能、形状和尺寸的螺旋桨轴铸件；
(4)将步骤(3)得到的螺旋桨轴铸件放入热等静压机内，控制温度1000℃，压力200Mpa，保持30min；接着取出放入热处理炉内，控制温度1200℃、保温10h，然后用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；随后放入真空气淬炉，控制温度1000℃，保温5h，以100℃/h的速度冷却至500℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；最后再放入箱式电炉，控制温度750℃，保温5h，以60℃/h的速度冷却至400℃，并用纯氩气进行高压气吹冷却至室温；其中，纯氩气进行高压气吹，分7次气吹，每次1s，气吹次数越多，每次气吹时间越短；
(5)利用车床，对步骤(4)得到的螺旋桨轴铸件外形、尺寸等进一步精确加工；
(6)检验步骤(5)得到的合金锭质量，包括合金锭的表面有无明显结疤、裂纹和渣沟、合金锭补缩端面平滑有无明显缩孔，以及内部无明显缩孔、疏松等缺陷，对不合格的重新加工，然后用超声波无损探伤仪检测螺旋桨轴铸件内部是否有裂痕，如有裂痕则为废品，检验合格的为成品，入库。