技术领域本发明涉及合金冶炼工艺，具体涉及一种镍基高温合金的真空冶炼工艺。
背景技术：
航空航天以及民用高温合金真空冶炼的技术难点在于，严格控制合金中的气体含量(氧，氮，氢)，目前按照企业标准，许多合金中氧、氮含量一般在20ppm左右。只有降低合金中的有害杂质含量，减少合金元素的偏析，提高合金熔液的纯净度，才能达到提高合金的使用性能和寿命。然而，真空冶炼过程是一个十分复杂的热加工工艺过程，任何一个工艺步骤的设计都会对合金的气体含量，杂质含量以及合金的性能有重要影响。合金中的O，N，S在合金溶液中会形成非金属夹杂物，如(Al2O3)，(Ti，Ta)C/N，(Ti，Ta)S合金中非金属夹杂物的多少和形态都会对合金综合性能有重大影响。此外合金熔液的纯净度是衡量母合金锭质量和制造水平的重要指标。真空冶炼中是以碳为主要脱氧元素，由于碳的分解反应而达到将金属溶液的氧脱除，从而达到减少合金中的气体含量，纯净金属溶液，提高合金质量的目的。随着碳脱氧反应的进行，一氧化碳气体的溢出，将合金中的氢、氮有害气体带出。氧含量越低，金属熔液更易蒸发，合金中的低熔点有害杂质元素也易于排除。因而，脱氧是真空冶炼过程的一个关键步骤，脱氧效果直接决定了合金中的有害杂质含量，决定着能否提高合金使用性能和寿命。在航空使用的合金中，组分一般都包括铝、钛、硼、锆等几种低熔点元素。在加入这些低熔点元素进行合金化处理时，如果不严格控制加入的时机、温度、真空度等因素，则会产生较大的烧损和挥发，使合金化学成分难以控制，从而产生废品。具体来说，加入铝、钛、硼、锆时的真空度过低或设备漏气率大，大量的铝、钛、硼、锆元素会产生氧化烧损，成分难以控制。加入铝、钛时金属熔液温度过高，大量的铝、钛则会由于放热放应而产生烧损和挥发。向金属熔液中加入铝、钛时，会产生剧烈的放热反应，尤其是加入量较大时，金属熔液放热反应就大。即使铝、钛加入时金属熔液温度适宜，但由于一次加入量过大，同样会产生烧损和真空挥发使合金化学成分难以控制。另外，由于铝、钛、硼、锆自身较轻，密度小，在加入到金属熔液中后，漂浮在金属熔液表面，极易产生偏析，会严重影响合金的综合性能。特别的是，硼的加入时间也非常重要，加入过早，极易烧损，加入过晚，易分布不均，因此掌握好硼加入的时间就显得非常重要。鉴于目前现有技术的情况，亟需开发一种化学成分均匀、低熔点元素烧损及挥发少、合金持久性能和室温拉伸性能强的镍基高温合金的真空冶炼工艺。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种化学成分均匀、低熔点元素烧损及挥发少、合金持久性能和室温拉伸性能强的镍基高温合金的真空冶炼工艺。本发明所述的镍基高温合金的真空冶炼工艺，包括以下步骤：(1)第一步碳脱氧：将占高温合金总含碳质量50％的石墨加入到真空炉坩埚内，置于坩埚最底部，向真空炉坩埚内加入除铝、钛、硼、锆、镍之外的高温合金中的所有元素进行冶炼；(2)第二步碳脱氧：温度升至1570～1590℃，向坩埚内加入剩余的石墨，精炼，之后降温；(3)降温至1370～1390℃，向其中加入铝、钛，升温至铝、钛全部熔化；(4)保持温度1410～1430℃，向其中加入镍硼合金、锆，升温至镍硼合金、锆全部熔化，得到金属熔液；(5)降温，冷冻金属熔液，待温度降至1360～1380℃，再升温至1450～1470℃，进行出钢浇注。其中：步骤(1)石墨为光谱石墨电极破碎至2～5mm的颗粒。步骤(1)冶炼温度1560～1580℃，冶炼时间20～30min。步骤(2)金属熔液温度升至1570～1590℃，向坩埚内加入剩余的石墨，于功率80KW下精炼20～30min。步骤(3)升温至铝、钛全部熔化后，再搅拌3～5min。步骤(4)升温至镍硼合金、锆全部熔化后，再搅拌3～5min。加入铝、钛、镍硼合金、锆时的真空度≤0.1Pa。硼应在熔炼后期，出钢浇注之前加入。铝、钛加入量大时，应分两批或多批加入，一般铝为3wt.％左右时，钛为3wt.％左右时，两次加入即可。如果更多的铝钛含量时应考虑更多次地加入。步骤(5)降温进行冷冻金属熔液可以采用停电后，自然降温的形式，也可以采用其他降温形式。本发明优选停电自然降温的形式。本发明的有益效果如下：本发明采用二次加碳深脱氧工艺，在开始高温合金冶炼前加入占合金总含碳量的二分之一的石墨，石墨加在坩埚的底部。待金属全部熔化后升到一定温度，进行二次加碳操作进一步进行深脱氧；同时，通过控制铝、钛、硼、锆加入时机及温度，使得合金的化学成分更加均匀，低熔点元素烧损及挥发少；冷冻金属熔液使得在金属熔液降温凝固的过程中，溶解在金属熔液中的有害气体上浮，利用真空炉冶炼产生的负压差将有害气体进一步除去。本发明能够提高高温合金的持久性能和室温拉伸性能，进一步纯净金属熔液，从而得到高质量的高温合金，也保证最大限度的降低高温合金中O，N，H有害气体的含量和低熔点有害杂质的含量，达到纯净合金熔液，减少合金元素的偏析，保证合金性能的目的。合金的综合力学性能及合金的质量均达到国内外优质合金的水平。具体实施方式以下结合实施例对本发明做进一步描述。实施例1按照B1914合金的标准采用本发明的真空冶炼工艺进行生产，其化学成分、性能参数如表1所示。以200Kg真空炉为例，本发明的真空冶炼工艺如下：(1)第一步碳脱氧：将占高温合金总含碳质量50％的石墨加入到真空炉坩埚内，置于坩埚最底部，向真空炉坩埚内加入除铝、钛、硼、锆、镍之外的高温合金中的所有元素进行冶炼；石墨为光谱石墨电极破碎至2～5mm的颗粒；冶炼温度1570±10℃，冶炼时间25min；(2)第二步碳脱氧：温度升至1580±10℃，向坩埚内加入剩余的石墨，于功率80KW下精炼25min，之后降温；(3)降温至1380±10℃，向其中加入铝、钛，升温至铝、钛全部熔化，再搅拌5min；(4)保持温度1420±10℃，向其中加入镍硼合金、锆，升温至镍硼合金、锆全部熔化，再搅拌3min，得到金属熔液；(5)降温进行冷冻金属熔液，待温度降至1370±10℃，再升温至1460±10℃，进行出钢浇注。加入铝、钛、镍硼合金、锆时的真空度≤0.1Pa。表1实施例1合金成分性能参数表用德国进口ON900型氧氮分析仪测定：氧(O)7.6ppm氮(N)8.06ppm。实施例2按照B1914合金的标准采用本发明的真空冶炼工艺进行生产，其化学成分、性能参数如表2所示。以200Kg真空炉为例，本发明的真空冶炼工艺如下：(1)第一步碳脱氧：将占高温合金总含碳质量50％的石墨加入到真空炉坩埚内，置于坩埚最底部，向真空炉坩埚内加入除铝、钛、硼、锆、镍之外的高温合金中的所有元素进行冶炼；石墨为光谱石墨电极破碎至2～5mm的颗粒；冶炼温度1580±10℃，冶炼时间20min；(2)第二步碳脱氧：温度升至1590±10℃，向坩埚内加入剩余的石墨，于功率80KW下精炼20min，之后降温；(3)降温至1390±10℃，向其中加入铝、钛，升温至铝、钛全部熔化，再搅拌3min；(4)保持温度1410±10℃，向其中加入镍硼合金、锆，升温至镍硼合金、锆全部熔化，再搅拌5min，得到金属熔液；(5)降温进行冷冻金属熔液，待温度降至1380±10℃，再升温至1470±10℃，进行出钢浇注。加入铝、钛、镍硼合金、锆时的真空度≤0.1Pa。其余如实施例1。表2实施例2合金成分性能参数表用德国进口ON900型氧氮分析仪测定：氧(O)8.2ppm氮(N)8.07ppm。实施例3以200Kg真空炉为例，本发明的真空冶炼工艺如下：(1)第一步碳脱氧：将占高温合金总含碳质量50％的石墨加入到真空炉坩埚内，置于坩埚最底部，向真空炉坩埚内加入除铝、钛、硼、锆、镍之外的高温合金中的所有元素进行冶炼；石墨为光谱石墨电极破碎至2～5mm的颗粒；冶炼温度1560±10℃，冶炼时间30min；(2)第二步碳脱氧：温度升至1570±10℃，向坩埚内加入剩余的石墨，于功率80KW下精炼30min，之后降温；(3)降温至1370±10℃，向其中加入铝、钛，升温至铝、钛全部熔化，再搅拌4min；(4)保持温度1430±10℃，向其中加入镍硼合金、锆，升温至镍硼合金、锆全部熔化，再搅拌4min，得到金属熔液；(5)降温进行冷冻金属熔液，待温度降至1360±10℃，再升温至1450±10℃，进行出钢浇注。加入铝、钛、镍硼合金、锆时的真空度≤0.1Pa。其余如实施例1。表3实施例3合金成分性能参数表用德国进口ON900型氧氮分析仪测定：氧(O)7.9ppm氮(N)8.05ppm。通过表1-3可以看出，B1914合金中氧、氮的含量很低。由于采用了二次加碳深脱氧工艺、合金化工艺以及冷冻金属熔液工艺，合金中的其它有害杂质含量明显下降。最为突出的是合金的室温拉伸性能和持久性能都有很大地提高。