專利名稱：一種利用鑄造高溫合金k414返回料制備k414合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄造高溫合金領(lǐng)域，特別提供一種利用鑄造高溫合金K414返回料制備K414合金的方法。
背景技術(shù)：
耐磨鑄造高溫合金為燃汽輪機結(jié)構(gòu)件用高溫合金，該合金具有較好的高溫性能，突出特點為具有較好的耐磨性。目前生產(chǎn)用耐磨鑄造高溫合金全部為采用純元素生產(chǎn)(即采用多種純元素進行高溫合金的熔煉)的新料合金，生產(chǎn)成本較高，并且在鑄件的生產(chǎn)中，有效利用率為30%左右，約70%的材料將作為澆注系統(tǒng)不能使用，因此在批量生產(chǎn)中產(chǎn)生 大量的返回料，如不加以利用，將造成材料的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用鑄造高溫合金K414返回料制備K414合金的方法，用于制造使用溫度在400°C以下，受力較大，對耐磨性及高溫持久強度要求較高的高溫合金結(jié)構(gòu)件。該方法充分利用返回料資源，采用100%返回料的利用方案，用真空感應(yīng)熔煉方法進行返回料合金的生產(chǎn)，在保證合金質(zhì)量的前提下，提高材料利用率，可有效降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明具體提供了一種利用鑄造高溫合金K414返回料制備K414合金的方法，其特征在于，制備工藝如下( I )、原材料的預(yù)處理首先對K414合金鑄件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的返回料即冒口、澆道及廢鑄件進行滾磨處理，去除材料表面的富氮層，然后對材料進行吹砂處理；之后對材料進行酸洗、水洗，最后用壓縮空氣去除材料表面的殘留水分；(2)、合金一次熔煉合金的熔煉將預(yù)處理完畢的K414返回料放入熔煉坩鍋中，采用真空感應(yīng)熔煉爐進行合金的熔煉，當(dāng)真空度小于6Pa時，分段送電熔化，控制升溫速率為10 15°C /min，待溫度達到700°C時，控制升溫速率為15 20°C/min，當(dāng)坩堝內(nèi)返回料全熔后，在真空下加入剩余未裝入坩堝的返回料，返回料的加入過程可以分多次進行；當(dāng)全部返回料加入完畢后，以10 15°C /min的升溫速率將鋼水升溫至精煉溫度；合金的精煉處理精煉溫度為1550 1600°C，保持熔煉室真空度在IPa以內(nèi)，精煉時間20 50min ；攪拌處理精煉后停止加熱，對合金進行低頻攪拌處理，所述低頻為20(T500Hz，處理時間為IOlOmin ;然后將鋼水降溫到1400 1500°C時進行澆注，澆注過程采用兩級過濾網(wǎng)過濾；(3)、化學(xué)成分調(diào)整分析返回料一次熔煉后料錠的化學(xué)成分，如其化學(xué)成分在成分限以內(nèi)，直接進行合金的二次熔煉；當(dāng)其化學(xué)成分在成分限以外時，對元素按成分限的中間值進行配料；其中，所述成分限為重量百分比c 0. 05-0. 08、Crl8-20、Mo 4. 5-5. 5, Al I. 2-1. 5, Ti
2.5-3. I、Fe 8-10、Ni 余量；(4)、合金二次熔煉合金的熔煉將補加的原材料與一次熔煉后的料錠一同放到熔煉坩鍋中，采用真空感應(yīng)熔煉爐進行合金的熔煉，當(dāng)真空度小于IPa時，分段送電熔化，控制升溫速率為10 15°C /min，待溫度達到700°C時，控制升溫速率為15 20°C /min，升溫至精煉溫度；
合金的精煉處理精煉溫度為1550 1600°C，保持熔煉室真空度在0. 5Pa以內(nèi)，精煉時間20 50min ；攪拌處理精煉后停止加熱，采用低頻進行合金的攪拌處理，所述低頻為20(T500Hz，處理時間為IOlOmin ;然后將鋼水降溫到1400 1500°C時進行澆注，澆注過程采用兩級過濾網(wǎng)過濾。本發(fā)明充分利用了 K414合金的返回料，提高了材料的利用率，從而有效地降低生產(chǎn)成本。且采用該方法熔煉的合金經(jīng)過多次返回重新利用，其力學(xué)性能仍能滿足技術(shù)條件要求，合金氣體含量沒有出現(xiàn)明顯增加。目前已經(jīng)采用返回料合金進行了高溫合金結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)，產(chǎn)品合格率與新料合金生產(chǎn)鑄件的合格率水平相當(dāng)。對一個鑄造廠按年產(chǎn)耐磨返回料高溫合金10噸進行計算，每噸合金節(jié)省費用12萬元，年創(chuàng)造效益可達120萬元。


圖I為返回料合金室溫瞬時力學(xué)性能；圖2為合金的沖擊性能；圖3為合金中溫力學(xué)性能；圖4為返回料合金磨損失重與時間的關(guān)系。
具體實施例方式實施例I采用100%返回料的利用方案，制備K414合金的工藝如下( I )、原材料的預(yù)處理首先對K414合金鑄件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的返回料即冒口、澆道及廢鑄件進行滾磨處理，去除材料表面的富氮層，然后對材料進行吹砂處理，去除材料尖角內(nèi)的黑色粉塵及表面殘余的型殼等，達到表面光潔，之后對材料進行酸洗、水洗，最后用壓縮空氣去除材料表面的殘留水分。材料經(jīng)過分揀后，用于返回料合金熔煉用原材料；(2)、合金一次熔煉合金的熔煉將預(yù)處理完畢的K414返回料放入熔煉坩鍋中，采用真空感應(yīng)熔煉爐進行合金的熔煉，當(dāng)真空度小于6Pa時，分段送電熔化，控制升溫速率為10°C /min，待溫度達到700°C時，控制升溫速率為16°C /min直到合金全熔，之后分批在真空下加入剩余的返回料，當(dāng)合金全熔后控制升溫速率為15°C /min升溫至精煉溫度；合金的精煉處理精煉溫度為1550°C，保持熔煉室真空度在IPa以內(nèi)，精煉時間50min,利用聞溫及聞?wù)婵諚l件，進行合金的精煉處理；
攪拌處理精煉后停止加熱，采用低頻進行合金的攪拌處理，所述低頻為500Hz，處理時間為lOmin，使返回料合金中低熔點的雜質(zhì)元素及低密度的夾雜物能夠充分上浮，利用電磁攪拌及坩堝的翻轉(zhuǎn)使夾雜物粘到坩堝壁，使鋼水得到凈化；然后將鋼水降溫到1500°C時進行澆注，得到返回料合金錠，澆注過程采用兩級過濾網(wǎng)過濾，第一級過濾網(wǎng)孔徑為6mm,第二級過濾網(wǎng)孔徑為4mm ；(3)、化學(xué)成分調(diào)整分析返回料一次熔煉后料錠的化學(xué)成分，所得化學(xué)成分為重量百分比C 0. 06, Cr20、Mo 4. 5, Al I. 3、Ti 3. O、Fe 9、Ni余量；其成分配比在成分限之內(nèi)，直接進行合金的二次熔煉；( 4 )、合金二次熔煉合金的熔煉將返回料一次合料錠裝入熔煉坩堝中，采用真空感應(yīng)熔煉爐進行合 金的熔煉，當(dāng)真空度小于IPa時，分段送電熔煉合金，控制升溫速率為15°C /min，待溫度達到700°C時，控制升溫速率為20°C /min直到合金全熔，升溫至精煉溫度；合金的精煉處理精煉溫度為1600°C，保持熔煉室真空度在0. 5Pa以內(nèi)，精煉時間25min ；攪拌處理精煉后停止加熱，采用低頻進行合金的攪拌處理，所述低頻為300Hz，處理時間為18min，使返回料合金中低熔點的雜質(zhì)元素及低密度的夾雜物能夠充分上浮，利用電磁攪拌及坩堝的翻轉(zhuǎn)使夾雜物粘到坩堝壁，使鋼水得到凈化；然后將鋼水降溫到1400°C時進行澆注，得到一次返回料合金錠，澆注過程采用兩級過濾網(wǎng)過濾，第一級過濾網(wǎng)孔徑為6mm,第二級過濾網(wǎng)孔徑為4_。采用以上工藝步驟所熔煉成的合金錠定義為100%—次返回料合金錠。采用100%—次返回料合金錠進行鑄件的澆注，澆注鑄件后剩余的合金再次經(jīng)過兩次真空感應(yīng)熔煉，即重新進行步驟(2廣(4)，由此得到的合金錠定義為100%二次返回料合金錠(即合金返回次數(shù)為2)。以此類推，以該種方式生產(chǎn)的合金錠定義為100%三次返回料合金錠，100%四次返回料合金錠。采用以上工藝生產(chǎn)的返回料K414合金，室溫條件下合金的瞬時力學(xué)性能如圖I所示。隨返回次數(shù)增加，合金的塑性有所提高。三、四返回料合金強度極限略有降低。新料(即新的K414合金材料，返回次數(shù)為0次)及返回料合金的600°C /590MPa的持久壽命如表I所示，不同返回次數(shù)合金的持久性能均大于100h。表中的試驗結(jié)果為試樣壽命>100h后每24h加力20MPa，從結(jié)果看合金的斷裂時間均達到135h以上。表I合金的持久性能
權(quán)利要求
1. 一種利用鑄造高溫合金K414返回料制備K414合金的方法，其特征在于，制備工藝如下 (1)、原材料的預(yù)處理 首先對K414合金鑄件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的返回料即冒口、澆道及廢鑄件進行滾磨處理，去除材料表面的富氮層，然后對材料進行吹砂處理；之后對材料進行酸洗、水洗，最后用壓縮空氣去除材料表面的殘留水分； (2)、合金一次熔煉 合金的熔煉將預(yù)處理完畢的K414返回料放入熔煉坩鍋中，采用真空感應(yīng)熔煉爐進行合金的熔煉，當(dāng)真空度小于6Pa時，分段送電熔化，控制升溫速率為10 15°C /min，待溫度達到700°C時，控制升溫速率為15 20°C /min,當(dāng)坩堝內(nèi)返回料全熔后，在真空下加入剩余未裝入坩堝的返回料，返回料的加入過程可以分多次進行；當(dāng)全部返回料加入完畢后，以10 15°C /min的升溫速率將鋼水升溫至精煉溫度； 合金的精煉處理精煉溫度為1550 1600°C，保持熔煉室真空度在IPa以內(nèi)，精煉時間 20 50min ； 攪拌處理精煉后停止加熱，對合金進行低頻攪拌處理，所述低頻為2(ΚΓ500ΗΖ，處理時間為l(T20min ;然后將鋼水降溫到1400 1500°C時進行澆注，澆注過程采用兩級過濾網(wǎng)過濾； (3)、化學(xué)成分調(diào)整 分析返回料一次熔煉后料錠的化學(xué)成分，如其化學(xué)成分在成分限以內(nèi)，直接進行合金的二次熔煉；當(dāng)其化學(xué)成分在成分限以外時，對元素按成分限的中間值進行配料；其中，所述成分限為重量百分比C O. 05-0. 08、Crl8-20、Mo 4.5-5· 5、Al I. 2-1.5、Ti 2.5-3· I、Fe8-10、Ni 余量； (4)、合金二次熔煉 合金的熔煉將補加的原材料與一次熔煉后的料錠一同放到熔煉坩鍋中，采用真空感應(yīng)熔煉爐進行合金的熔煉，當(dāng)真空度小于IPa時，分段送電熔化，控制升溫速率為10 15°C /min，待溫度達到700°C時，控制升溫速率為15 20°C /min，升溫至精煉溫度； 合金的精煉處理精煉溫度為1550 1600°C，保持熔煉室真空度在O. 5Pa以內(nèi)，精煉時間20 50min ； 攪拌處理精煉后停止加熱，采用低頻進行合金的攪拌處理，所述低頻為20(Γ500Ηζ，處理時間為IOlOmin ;然后將鋼水降溫到1400 1500°C時進行澆注，澆注過程采用兩級過濾網(wǎng)過濾。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種利用鑄造高溫合金K414返回料制備K414合金的方法，其特征在于，采用全部返回料進行K414合金的生產(chǎn)，對返回料表面進行特別的預(yù)處理，去除表面殘留的所有雜物；之后對合金采用兩次高溫精煉處理，在精煉過程中采用低頻攪拌，進一步去除材料中的低熔點雜質(zhì)及氧化物。對澆注采用兩級不同孔徑的過濾網(wǎng)擋渣，進一步提高合金的純凈度。該方法充分利用返回料資源，采用100％返回料的利用方案，用真空感應(yīng)熔煉方法進行返回料合金的生產(chǎn)，在保證合金質(zhì)量的前提下，提高材料利用率，可有效降低生產(chǎn)成本。
文檔編號C22C1/06GK102965535SQ20121046140
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者王宇飛, 滿延林, 楊剛, 王永明, 石玉娥 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責(zé)任公司