专利名称：镍基高温合金k3030返回料的合金熔炼方法
技术领域：
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种镍基高温合金K3030返回料的合金熔炼 方法。
背景技术：
K3030合金为早期发展的固溶强化型高温合金，化学成分简单，在80(TC以下具有 较好的热强性和高塑性，并具有良好的抗氧化、抗热疲劳性能，主要用于800°C以下工作的 涡轮发动机燃烧室部件和在110(TC以下要求抗氧化、承担载荷较小的其他保温部件，该合 金可采用非真空感应熔炼或真空感应熔炼生产，在铸件的生产过程中可采用非真空重熔或 真空重熔浇注铸件。铸造K3030高温合金，在铸造率比较高的情况下其合金的有效利用率 仅为20 30%，铸造过程中产生大量的返回料。尤其高温合金中的Ni、 Cr等属于国家稀 缺的昂贵元素，因此在保证使用质量和使用安全可靠的前提下，利用返回料制备高温合金 已非常必要。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种镍基高温合金K3030返回料的合金熔炼方 法，目的在于通过将返回料和/或废铸件重新熔炼，制备成能够用于制备发动机结构件的 K3030合金。 本发明的方法按以下步骤进行
1、获得一次料锭 对镍基高温合金K3030制备铸件时产生的返回料和/或废铸件进行吹砂处理，将 返回料和/或废铸件的表面清理干净，然后置于真空感应炉中，启动真空设备抽真空，当真 空度《1.33Pa后送电熔化合金，合金熔化过程中要求真空度《10. 66Pa，将合金液升温至 1530 160(TC进行精炼，精炼过程中要求真空度《1. 33Pa，精炼时间为20 40min ;精炼 结束后降温至合金熔液表面结膜。将结膜后的合金熔液加热至1500 158(TC，浇注成一次 料锭。
2、准备二次精炼 分析一次料锭的化学成分，当一次料锭的化学成分按重量百分比为Ti 0. 25 0. 32%， Cr20. 5 21. 0%， C 0. 08 0. 11%，余量为Ni时，准备进行二次精炼；当一次料 锭中的Ti、Cr和/或C超出上述范围时，准备镍、铬、钛和/或碳作为调节成分用料，使调节 成分用料与一次料锭的总物料的成分符合上述成分范围。
3、二次精炼 当不需要调节一次料锭成分中的铬成分时，将一次料锭置于真空感应炉中，启动 真空设备抽真空，当真空度《1. 33Pa，送电升温至1530 1600°C进行二次精炼，合金熔 化过程中要求真空度《10. 66Pa， 二次精炼时间为20 40min，精炼过程中控制真空度 《1. 33Pa，二次精炼结束后降温至合金熔液表面结膜。当需要调节一次料锭中的铬成分时，将一次料锭和调节成分用料中的镍和/或铬置于真空感应炉中，启动真空设备抽真空，当 真空度《1. 33Pa时，送电升温至1530 160(TC进行二次精炼，合金熔液熔化过程中要求真 空度《10. 66Pa，二次精炼时间为20 40min，二次精炼过程中控制真空度《1. 33Pa ;精炼 结束后降温至合金熔液表面结膜；当需要调节一次料锭中的钛和/或碳时，将二次精炼后 结膜的合金熔液加热至结膜完全熔化，在真空条件下进行合金化，控制真空度《1. 33Pa，并 加入调节元素成分用料中的镍、钛和/或碳，保温7 10min，降温至合金熔液表面结膜。
4、获得K3030合金 当步骤3中不需要调节一次料锭中的钛和碳时，将二次精炼结束后结膜的合金熔 液加热至1500 1580°C ，加热过程中控制真空度《1. 33Pa，然后浇注成返回料K3030合金 锭；当步骤3中需要调节一次料锭中的钛和/或碳时，将合金化后结膜的合金熔液加热至 1500 158(TC，加热过程中控制真空度《1. 33Pa，然后浇注成返回料K3030合金锭。
上述方法中降温至结膜时的温度为1430±20°C。 本发明的方法通过将返回料或废铸件进行重新熔炼；该方法有效利用了 K3030的 返回料、废铸件，节省了昂贵元素，对环境保护起到了积极作用，由该方法制备的合金铸件 与由新原料制备的铸件性能相同，满足发动机结构件的性能要求；可望将该合金进一步扩 展应用到其他型号发动机或民品燃机的生产中，能够获得更大的经济效益。
具体实施例方式
本发明实施例中采用的镍、钛、铬、碳的纯度分别为镍元素中Ni > 99. 9%，钛元素 中Ti > 99. 7%，铬元素中Cr > 99%，碳元素中C > 99. 5%。 本发明实施例中采用的返回料为镍基高温合金K3030制备铸件时产生的浇冒口
部分返回料和/或废铸件。
实施例l 对镍基高温合金K3030铸造时产生的返回料进行吹砂处理，将返回料的表面清 理干净，然后置于真空感应炉中启动真空设备抽真空，当真空度《1. 33Pa时，送电升温至 160(TC精炼，其中合金熔液熔化过程中控制真空度《10. 66Pa，精炼20min，精炼过程中控 制真空度《1.33Pa;精炼炼结束后降温至合金熔液表面结膜。将结膜的合金熔液加热至 158(TC，浇注成一次料锭。 分析一次料锭的化学成分按重量百分比为Ti 0. 30%，Cr 20. 9%，C 0. 10%，余量
为Ni。该料锭的化学成分均位于要求的成分范围内不需添加调节材料。 将一次料锭置于真空感应炉中，启动真空设备抽真空，当真空度《1. 33Pa时，送
电升温至155(TC进行二次精炼，合金熔液熔化过程中要求真空度《10. 66Pa，二次精炼时
间为30min，二次精炼过程中控制真空度《1. 33Pa ;二次精炼结束后降温至合金熔液表面结膜。 将二次精炼后结膜的合金熔液加热至158(TC，浇注成返回料K3030合金锭。
降温至结膜时的温度为1430士20。C。 对获得的返回料K3030合金锭进行性能测试。80(TC高温条件下抗拉强度195MPa， 断面收縮率为42. 0%，持久寿命为387. 4h。新料K3030合金的性能分别为，80(TC高温条件 下抗拉强度200MPa，断面收縮率为35% ， 800°C 、44MPa下的持久寿命为350h。该合金80(TC 、
444MPa下的持久寿命标准要求^ 100h。
实施例2 对镍基高温合金K3030铸造时产生的返回料进行吹砂处理，将返回料的表面 清理干净，然后置于真空感应炉中启动真空设备抽真空，当真空度《1.33Pa，送电升温 至155(TC，精炼30min，其中合金熔液熔化过程中控制真空度《10. 66Pa，精炼过程中控 制真空度《1.33Pa;精炼炼结束后降温至合金熔液表面结膜。将结膜的合金熔液加热至 155(TC，浇注成一次料锭。 分析一次料锭的化学成分按重量百分比为Ti 0. 20%，Cr 20. 7%，C 0.09%，余量 为Ni。根据该化学成分可见，Ti超过成分范围，需调整加入元素调节成分。准备钛元素调 节用料，按照Ti 0. 3X进行计算，加入Ti元素后其它元素含量为Cr 20.68%， C 0.09%符
合成分范围要求。 将一次料锭置于真空感应炉中，启动真空设备抽真空，当真空度《1. 33Pa时，送 电升温至153(TC进行二次精炼，合金熔液熔化过程中要求真空度《10. 66Pa，二次精炼时 间为40min，二次精炼过程中控制真空度《1. 33Pa ;二次精炼结束后降温至合金熔液表面 结膜。 将二次精炼结膜的合金熔液加热至结膜完全熔化进行合金化，加热过程中要求真 空度《1.33Pa，并加入钛元素调节用元素，在结膜完全熔化状态下保温7min，然后降温至
合金表面结膜。 将合金化后结膜合金熔液加热至1550°C ，浇注成返回料K3030合金锭。 对获得的返回料K3030合金锭进行性能测试。80(TC高温条件下抗拉强度215MPa，
断面收縮率为53. 0X，80(TC、44MPa下的持久寿命为378. 52h。新料K3030合金的性能分别
为，80(TC高温条件下抗拉强度200MPa，断面收縮率为35%，800°C、44MPa下的持久寿命为
350h。该合金80(TC、44MPa下的持久寿命标准要求^ 100h。 实施例3 对镍基高温合金K3030铸造时产生的返回料进行吹砂处理，将返回料的表面清 理干净，然后置于真空感应炉中启动真空设备抽真空，当真空度《1. 33Pa时，送电升温 至153(TC，精炼40min，其中合金熔液熔化过程中控制真空度《10. 66Pa，精炼过程中控 制真空度《1.33Pa;精炼炼结束后降温至合金熔液表面结膜。将结膜的合金熔液加热至 153(TC，浇注成一次料锭。 分析一次料锭的化学成分按重量百分比为Ti 0. 31%，Cr 20%，C 0.09%，余量为 Ni。根据该化学成分可见，Cr超过成分范围，需调整加入调节材料。准备铬元素调节用料， 按照Cr 21X进行计算，加入Cr元素后其它元素含量为Ti 0.30%， C 0.089%符合成分范
围要求。 将一次料锭和元素铬置于真空感应炉中，启动真空设备抽真空，当真空度 《1.33Pa时，送电升温至160(TC进行二次精炼，合金熔液熔化过程中要求真空度 《10. 66Pa，二次精炼时间为20min，二次精炼过程中控制真空度《1. 33Pa ;二次精炼结束 后降温至合金熔液表面结膜。 将二次精炼后结膜合金熔液加热至153CTC ，浇注成返回料K3030合金锭。 对获得的返回料K3030合金锭进行性能测试。80(TC高温条件下抗拉强度230MPa，断面收縮率为45. 0X，80(TC、44MPa下的持久寿命为387. 24h。新料K3030合金的性能分别 为，80(TC高温条件下抗拉强度200MPa，断面收縮率为35%，800°C、44MPa下的持久寿命为 350h。该合金80(TC、44MPa下的持久寿命标准要求^ 100h。
实施例4 对镍基高温合金K3030铸造时产生的返回料和废铸件进行吹砂处理，将返回料和 废铸件的表面清理干净，然后置于真空感应炉中启动真空设备抽真空，当真空度《1. 33Pa， 送电升温至157(TC，精炼35min，其中合金熔液熔化过程中控制真空度《10. 66Pa，精炼过 程中控制真空度《1. 33Pa ;精炼炼结束后降温至合金熔液表面结膜。将结膜的合金熔液加 热至157(TC，浇注成一次料锭。 分析一次料锭的化学成分按重量百分比为Ti 0. 31%，Cr 20. 5%，C 0. 12%，余量 为Ni。根据该化学成分可见，C超过成分范围，需调整加入调节材料。准备镍、铬、元素调 节用料，按照C 0. lX进行计算，加入镍元素后其它元素含量为Ti 0.25%， 017.08%铬超 出成分范围，调整铬后钛也超出调整范围，因此最终将成分调整为Ti 0.3%， Cr 21.0%， C 0.1%。 将一次料锭和元素铬置于真空感应炉中，启动真空设备抽真空，当真空度 《1. 33Pa，送电升温至157(TC进行二次精炼，合金熔液熔化过程中要求真空度《10. 66Pa， 二次精炼时间为25min，二次精炼过程中控制真空度《1. 33Pa ;二次精炼结束后降温至合 金熔液表面结膜。 将结膜的合金熔液加热至结膜完全熔化进行合金化，加热过程中要求真空度 《1. 33Pa，并加入调节用料中钛和碳元素，保温10min，然后降温至合金表面结膜；
将合金化后结膜合金熔液加热至1560°C ，浇注成返回料K3030合金锭。
对获得的返回料K3030合金锭进行性能测试。80(TC高温条件下抗拉强度215MPa， 断面收縮率为51. 0%，800°C、44MPa下的持久寿命为170. 4h。新料K3030合金的性能分别 为，80(TC高温条件下抗拉强度200MPa，断面收縮率为35% ， 800°C 、44MPa下的持久寿命为 350h。该合金80(TC、44MPa下的持久寿命标准要求^ 100h。
权利要求
一种镍基高温合金K3030返回料的合金熔炼方法，其特征在于按以下步骤进行(1)对镍基高温合金K3030制备铸件时产生的返回料和/或废铸件进行吹砂处理，将返回料和/或废铸件的表面清理干净，然后置于真空感应炉中，启动真空设备抽真空，当真空度≤1.33Pa后送电熔化合金，将合金液升温至1530～1600℃进行精炼，精炼过程中要求真空度≤1.33Pa，精炼时间为20～40min；精炼结束后降温至合金熔液表面结膜；将结膜后的合金熔液加热至1500～1580℃，浇注成一次料锭；(2)分析一次料锭的化学成分，当一次料锭的化学成分按重量百分比在Ti 0.25～0.32％，Cr 20.5～21.0％，C 0.08～0.11％，余量为Ni范围内时，准备进行二次精炼；当一次料锭中的Ti、Cr和/或C超出上述范围时，准备镍、铬、钛和/或碳作为调节成分用料，使调节成分用料与一次料锭的总物料的成分符合上述成分范围；(3)当不需要调节一次料锭成分中的铬成分时，将一次料锭置于真空感应炉中，启动真空设备抽真空，当真空度≤1.33Pa，送电升温至1530～1600℃进行二次精炼，二次精炼时间为20～40min，精炼过程中控制真空度≤1.33Pa，二次精炼结束后降温至合金熔液表面结膜；当需要调节一次料锭中的镍、铬成分时，将一次料锭和调节成分用料中的镍和/或铬置于真空感应炉中，启动真空设备抽真空，当真空度≤1.33Pa时，送电升温至1530～1600℃进行二次精炼，二次精炼时间为20～40min，二次精炼过程中控制真空度≤1.33Pa；二次精炼结束后降温至合金熔液表面结膜；当需要调节一次料锭中的钛和/或碳时，将二次精炼后结膜的合金熔液加热至结膜完全熔化，在真空条件下进行合金化，控制真空度≤1.33Pa，并加入调节元素成分用料中的钛和/或碳，保温7～10min，降温至合金熔液表面结膜；(4)当步骤3中不需要调节一次料锭中的钛和碳时，将二次精炼结束后结膜的合金熔液加热至1500～1580℃，加热过程中控制真空度≤1.33Pa，然后浇注成返回料K3030合金锭；当步骤3中需要调节一次料锭中的钛和/或碳时，将合金化后结膜的合金熔液加热至1500～1580℃，加热过程中控制真空度≤1.33Pa，然后浇注成返回料K3030合金锭。
2. 根据权利要求1所述的一种镍基高温合金K3030返回料的合金熔炼方法，其特征在 于所述的步骤(1)中送电熔化合金，合金熔化过程中要求真空度《10.66Pa。
3. 根据权利要求1所述的一种镍基高温合金K3030返回料的合金熔炼方法，其特征在 于所述的步骤(3)中送电升温至1530 160(TC进行二次精炼，合金熔液熔化过程中要求真 空度《10. 66Pa。
全文摘要
一种镍基高温合金K3030返回料的合金熔炼方法，属于冶金技术领域，按以下步骤进行对返回料和/或废铸件进行吹砂处理，在真空条件下精炼，然后浇注成一次料锭；准备镍、铬、钛和/或碳作为调节成分用料，并在真空条件下进行二次精炼后浇注，或者经结膜后再熔化结膜加入调节元素成分用料中的钛和/或碳，进行合金化后再浇注。本发明的方法通过将返回料或废铸件进行重新熔炼；该方法有效利用了K3030的返回料、废铸件，节省了昂贵元素，对环境保护起到了积极作用，由该方法制备的合金铸件与由新原料制备的铸件性能相当，满足发动机结构件的性能要求。
文档编号C22B23/06GK101709387SQ20091022023
公开日2010年5月19日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者于兴福, 倪伟, 吴廷宝, 宁英, 崔文虎, 崔树森, 张瑞珍, 杨树林, 满延林, 王玉娟, 王铁军, 白素春, 祝世哲 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司