一种高温合金真空自耗熔炼差分电极的制备方法

高纯铁板-高纯镍板复合板料；相邻两段电极板料中电极板料单元的拼接方式为高纯钛板-高纯铁板-高纯镍板与高纯镍板-高纯铁板-高纯钛板对位拼接。显然，该技术中的合金电极材料制备的合金化程度相对较低，组织均匀性较差，制备方式复杂，操作难度大，不利于工业化生产。
8.中国专利cn101033512a公开了直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法，显然其中的由直接压制的具有一定凹槽的电极块与适合电极块凹槽形状的高熔点金属棒拼焊组成电极的工艺热能消耗较大，真空自耗熔炼次数较多，拼接结构复杂，操作难度大，不利于工业化生产。
9.中国专利cn201608933u公开了一种真空自耗电弧熔炼用电极，该电极由海绵状物料和中间合金网经压制而成，中间合金网的网格采用菱形结构，菱形的边长为10-20mm，菱形两个边所夹的锐角不小于60
°
，压制而成的电极由海绵状物料层和中间合金网层构成，相邻两个中间合金网层之间为海绵状物料层，且中间合金网层中海绵状物料均匀的镶嵌在中间合金网的菱形孔洞中。其压制结构复杂，对结构的形状和角度要求控制严格，消耗的额外成本较多，组织均匀性较差，不利于工业化生产。
10.目前，主要采用控制熔炼参数以减少高温合金的成分偏析，但控制方式相对有限。本发明提出一种差分自耗电极技术，通过改变原始自耗电极高度方向溶质浓度分布，以降低真空自耗铸锭顶部偏析程度，提高铸锭质量。


技术实现要素：

11.本发明所要解决的技术问题是如何克服现有技术中的高温合金真空自耗熔炼电极熔炼过程中存在的偏析缺陷，以及制备的高温合金铸锭顶部偏析程度严重的铸锭组织均匀性问题；现有技术中的真空自耗炉用电极的结构复杂，热处理针对的铸锭组织均匀性对制备的高温合金铸锭顶部偏析程度的影响难以预期，熔炼次数较多，制备过程复杂，成本高等。
12.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
13.一种高温合金真空自耗熔炼差分电极的制备方法，所述制备方法采用真空感应熔炼或真空感应-电渣重熔冶炼出不同合金成分的原始电极铸锭，之后根据后续熔炼工艺将其用车床按比例切割，再将切割后的原始电极铸锭进行焊接，最后将其组合成真空自耗熔炼的差分电极。
14.优选地，所述制备方法如下步骤所示：
15.s1、原始电极铸锭的制备；
16.s2、机械加工所述步骤s1中原始电极铸锭的头尾部和表面；
17.s3、切割经过所述步骤s2处理的原始电极铸锭，获得不同成分的原始电极块；
18.s4、焊接所述步骤s3中的不同成分的原始电极块得到差分电极，将差分电极焊接到假电极上。
19.优选地，所述步骤s1中原始电极铸锭的制备为：先根据所要制备的高温合金真空自耗熔炼差分电极计算合金成分，再根据计算结果配备相应的合金用量，之后采用真空感应熔炼或真空感应-电渣重熔熔炼，最后浇铸得到原始电极铸锭。
20.优选地，所述步骤s1中原始电极铸锭的制备具体为：先根据所要制备的高温合金
真空自耗熔炼差分电极通过软件计算合金成分，再根据计算结果配备相应的合金用量并进行原料的选择、称量，之后采用真空感应熔炼或真空感应-电渣重熔熔炼，最后浇铸得到原始电极铸锭。
21.优选地，所述步骤s1中配备合金料的误差不超过1％，低成分铸锭所含关键偏析元素(如元素nb)含量偏差不超过5％。
22.优选地，所述步骤s2中原始电极铸锭的头尾部经过机加工去除，表面经过机加工后满足目视无裂纹、凹凸。
23.优选地，所述步骤s2中原始电极铸锭的头尾部经过机加工去除的方式为车床机加工将原始电极铸锭的两端车平，表面的平直度为1mm/m。
24.优选地，所述步骤s3中的切割是先将原始电极铸锭根据后续工艺通过计算得到具体的切割位置，然后按照具体的切割位置对原始电极铸锭进行精准切割。
25.优选地，所述步骤s3中切割的原始电极铸锭为不同成分不同比例的真空感应熔炼原始电极铸锭、真空感应-电渣重熔原始电极铸锭。
26.优选地，所述步骤s3中的真空感应熔炼原始电极铸锭需要至少切割30％的头和尾，真空感应-电渣重熔原始电极铸锭需要至少切割20％的头和尾。
27.优选地，所述步骤s3中的真空感应熔炼原始电极铸锭根据不同熔炼工艺和质量要求所切真空感应熔炼原始电极不能超过原电极比例的15％，所切真空感应-电渣重熔原始电极不能超过原电极比例的10％。
28.优选地，按照不同的熔炼工艺选择不同比例的低成分原电极和原电极进行焊接，注意真空感应熔炼原始电极和真空感应-电渣重熔原始电极不能混接。
29.优选地，所述步骤s4中，将所述步骤s3中切割好的不同成分的原始电极块焊接成一整块，并用氩弧焊的方式将其焊接到假电极上。
30.优选地，所述步骤s4中焊接完成后需要检查差分电极的平直度，只有差分电极的平直度满足1mm/m时能够作为高温合金真空自耗熔炼差分电极来使用，从而使获得的高温合金铸锭顶部偏析程度相对于现有熔炼技术降低60％。
31.优选地，所述高温合金真空自耗熔炼差分电极的材料选择为镍基高温合金。
32.优选地，所述高温合金真空自耗熔炼差分电极的材料选择为但不局限于gh4169镍基合金、gh4698镍基合金。
33.优选地，所述高温合金真空自耗熔炼差分电极的材料选择为钛基高温合金。
34.优选地，所述高温合金真空自耗熔炼差分电极的材料选择为但不局限于t i 60钛基合金、t i 600钛基合金。
35.本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
36.上述方案中，本发明提出一种差分自耗电极结构和制备方法，通过改变原始自耗电极高度方向上的溶质浓度分布来降低真空自耗铸锭顶部偏析程度，从而提高铸锭质量。
37.本发明通过用真空感应熔炼或真空感应-电渣重熔熔炼熔炼出不同合金成分的原始电极铸锭，而后根据后续熔炼工艺将其用车床按一定比例切割，再将切割后的原始电极铸锭进行焊接，将其组合成真空自耗熔炼的差分电极，可用于不同质量要求的工艺，灵活性强。
38.本发明加工原始电极时先将电极锭表面进行车床加工，并将头尾部车平，在按所
计算比例切割成块，再用氩弧焊焊接，操作简单，可实现高效性和技术经济性。
39.本发明通过差分电极熔炼出来的铸锭可使铸锭的轴向偏析减少，尤其是减少铸锭顶部正偏析，达到减少内部缺陷的目的。
40.本发明克服了现有技术中的高温合金真空自耗熔炼电极熔炼过程中存在的偏析缺陷，以及制备的高温合金铸锭顶部偏析程度严重的铸锭组织均匀性问题。
41.与现有技术中的真空自耗炉用电极的结构复杂相比，本技术的真空自耗炉用电极的结构简单，处理方式比热处理相对简单，热能耗费相对较少，熔炼次数相对较少，效率高，成本低等。
42.总之，本发明通过将真空感应熔炼原始电极或真空感应-电渣重熔原始电极进行一定比例一定结构的焊接，将焊接得到的原始电极块整体再焊接到假电极上，并将差分自耗电极装入真空自耗炉进行真空自耗重熔得到铸锭高度偏析程度低的、组织结果分布均匀的高温合金铸锭。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1为本发明的高温合金真空自耗熔炼差分电极制备流程图；
45.图2为本发明实施例1的高温合金真空自耗熔炼差分电极结构示意图；
46.图3为本发明实施例2的高温合金真空自耗熔炼差分电极结构示意图；
47.图4为本发明实施例3的高温合金真空自耗熔炼差分电极结构示意图。
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案和解决的技术问题进行阐述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明专利的一部分实施例，而不是全部实施例。
49.实施例1
50.一种高温合金真空自耗熔炼差分电极的制备方法，如图1所示，具体步骤如下：
51.s1、原始电极铸锭的制备：
52.先根据所要制备的高温合金真空自耗熔炼差分电极通过软件计算合金成分；再根据计算结果配备相应的合金用量并进行原料的选择、称量，配备合金料的误差不超过1％，低成分铸锭所含关键偏析元素(如元素nb)含量偏差不超过5％；之后采用真空感应熔炼，最后浇铸得到直径200mm的含5.1％w的nb和5.3％wt的nb的gh4169合金原始电极铸锭；
53.其中：为了使成分更加均匀，不同合金原料要分批次加入真空感应炉，一部分随炉加入，一部分在熔炼中加入；
54.其中：在升功率之前，要保证真空度要在20pa以下；
55.s2、机械加工所述步骤s1中原始电极铸锭的头尾部和表面：
56.将真空感应熔炼出的电极锭采用车床加工并切除电极锭的头部和尾部,切除厚度分别为各40mm并通过车床机加工铸锭表层,要求加工后的电极锭表面目视无裂纹、凹凸等，
整个自耗电极的平直度要求1mm/m；
57.s3、切割经过所述步骤s2处理的原始电极铸锭以获得不同成分的原始电极块：
58.将步骤二得到含5.1％wt nb电极锭用车床切割，切割厚度为80mm；将步骤二得到含5.3％wt nb电极锭用车床切割，切割厚度为360mm；其中：所切低成分电极锭如有剩余可用作后面差分电极制备上，提高了技术经济性；
59.s4、焊接所述步骤s3中的不同成分的原始电极块得到差分电极并将差分电极焊接到假电极上：
60.采用氩弧焊方法把步骤s3得到的不同比例和成分的高温合金真空自耗电极锭焊接到在一起，完成差分电极的制备，焊接完成后检查平直度，并将差分电极焊接到假电极上得到差分自耗电极；
61.s5、并将步骤s5得到的差分自耗电极装入真空自耗炉，保证电极锭轴线与结晶器轴线对中重合；之后进行真空自耗重熔得到高温合金电极锭；其中：补缩时间为25min。
62.本实施例中，如图2所示，高温合金电极锭的最终长度为440mm；其是由80mm含5.1％wt的nb与360mm含5.3％wt的nb组成的电极锭。
63.实施例2
64.一种高温合金真空自耗熔炼差分电极的制备方法，如图1所示，具体步骤如下：
65.s1、原始电极铸锭的制备：
66.先根据所要制备的高温合金真空自耗熔炼差分电极通过软件计算合金成分；再根据计算结果配备相应的合金用量并进行原料的选择、称量，配备合金料的误差不超过1％，低成分铸锭所含关键偏析元素(如元素nb)含量偏差不超过5％；之后采用真空感应熔炼，最后浇铸得到直径200mm的含4.9％w的nb和5.3％wt的nb的gh4169合金原始电极铸锭；
67.其中：为了使成分更加均匀，不同合金原料要分批次加入真空感应炉，一部分随炉加入，一部分在熔炼中加入；
68.其中：在升功率之前，要保证真空度要在20pa以下；
69.s2、机械加工所述步骤s1中原始电极铸锭的头尾部和表面：
70.将真空感应熔炼出的电极锭采用车床加工并切除电极锭的头部和尾部,切除厚度分别为各40mm并通过车床机加工铸锭表层,要求加工后的电极锭表面目视无裂纹、凹凸等，整个自耗电极的平直度要求1mm/m；
71.s3、切割经过所述步骤s2处理的原始电极铸锭以获得不同成分的原始电极块：
72.将步骤二得到含4.9％wt nb电极锭用车床切割，切割厚度为60mm；将步骤二得到含5.3％wt nb电极锭用车床切割，切割厚度为380mm；其中：所切低成分电极锭如有剩余可用作后面差分电极制备上，提高了技术经济性；
73.s4、焊接所述步骤s3中的不同成分的原始电极块得到差分电极并将差分电极焊接到假电极上：
74.采用氩弧焊方法把步骤s3得到的不同比例和成分的高温合金真空自耗电极锭焊接到在一起，完成差分电极的制备，焊接完成后检查平直度，并将差分电极焊接到假电极上得到差分自耗电极；
75.s5、并将步骤s5得到的差分自耗电极装入真空自耗炉，保证电极锭轴线与结晶器轴线对中重合；之后进行真空自耗重熔得到高温合金电极锭；其中：补缩时间为20min。
76.本实施例中，如图3所示，高温合金电极锭的最终长度为440mm；其是由60mm含4.9％wt的nb与380mm含5.3％wt的nb组成的电极锭。
77.实施例3
78.一种高温合金真空自耗熔炼差分电极的制备方法，如图1所示，具体步骤如下：
79.s1、原始电极铸锭的制备：
80.先根据所要制备的高温合金真空自耗熔炼差分电极通过软件计算合金成分；再根据计算结果配备相应的合金用量并进行原料的选择、称量，配备合金料的误差不超过1％，低成分铸锭所含关键偏析元素(如元素nb)含量偏差不超过5％；之后采用真空感应-电渣重熔熔炼，最后浇铸得到直径200mm的含5.1％w的nb和5.3％wt的nb的gh4169合金原始电极铸锭；
81.其中：为了使成分更加均匀，不同合金原料要分批次加入真空感应炉，一部分随炉加入，一部分在熔炼中加入；
82.其中：在升功率之前，要保证真空度要在20pa以下；
83.s2、机械加工所述步骤s1中原始电极铸锭的头尾部和表面：
84.将真空感应熔炼出的电极锭采用车床加工并切除电极锭的头部和尾部,切除厚度分别为各40mm并通过车床机加工铸锭表层,要求加工后的电极锭表面目视无裂纹、凹凸等，整个自耗电极的平直度要求1mm/m；
85.s3、切割经过所述步骤s2处理的原始电极铸锭以获得不同成分的原始电极块：
86.将步骤二得到含5.1％wt nb电极锭用车床切割，切割厚度为30mm；将步骤二得到含5.3％wt nb电极锭用车床切割，切割厚度为410mm；其中：所切低成分电极锭如有剩余可用作后面差分电极制备上，提高了技术经济性；
87.s4、焊接所述步骤s3中的不同成分的原始电极块得到差分电极并将差分电极焊接到假电极上：
88.采用氩弧焊方法把步骤s3得到的不同比例和成分的高温合金真空自耗电极锭焊接到在一起，完成差分电极的制备，焊接完成后检查平直度，并将差分电极焊接到假电极上得到差分自耗电极；
89.s5、并将步骤s5得到的差分自耗电极装入真空自耗炉，保证电极锭轴线与结晶器轴线对中重合；之后进行真空自耗重熔得到高温合金电极锭；其中：补缩时间为15min。
90.本实施例中，如图4所示，高温合金电极锭的最终长度为440mm；其是由30mm含5.1％wt的nb与410mm含5.3％wt的nb组成的电极锭。
91.上述方案中，本发明提出一种差分自耗电极结构和制备方法，通过改变原始自耗电极高度方向上的溶质浓度分布来降低真空自耗铸锭顶部偏析程度，从而提高铸锭质量。
92.本发明通过用真空感应熔炼或真空感应-电渣重熔熔炼熔炼出不同合金成分的原始电极铸锭，而后根据后续熔炼工艺将其用车床按一定比例切割，再将切割后的原始电极铸锭进行焊接，将其组合成真空自耗熔炼的差分电极，可用于不同质量要求的工艺，灵活性强。
93.本发明加工原始电极时先将电极锭表面进行车床加工，并将头尾部车平，在按所计算比例切割成块，再用氩弧焊焊接，操作简单，可实现高效性和技术经济性。
94.本发明通过差分电极熔炼出来的铸锭可使铸锭的轴向偏析减少，尤其是减少铸锭
顶部正偏析，达到减少内部缺陷的目的。
95.本发明克服了现有技术中的高温合金真空自耗熔炼电极熔炼过程中存在的偏析缺陷，以及制备的高温合金铸锭顶部偏析程度严重的铸锭组织均匀性问题。
96.与现有技术中的真空自耗炉用电极的结构复杂相比，本技术的真空自耗炉用电极的结构简单，处理方式比热处理相对简单，热能耗费相对较少，熔炼次数相对较少，效率高，成本低等。
97.总之，本发明通过将真空感应熔炼原始电极或真空感应-电渣重熔原始电极进行一定比例一定结构的焊接，将焊接得到的原始电极块整体再焊接到假电极上，并将差分自耗电极装入真空自耗炉进行真空自耗重熔得到铸锭高度偏析程度低的、组织结果分布均匀的高温合金铸锭。
98.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。