本發(fā)明屬于高溫合金冶煉
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種鎳基高溫合金GH4720Li的冶煉工藝。
背景技術(shù)：
：高溫合金由于具有良好的高溫強(qiáng)度和抗疲勞、抗氧化、抗腐蝕性能，并且能在高溫環(huán)境中擁有良好的組織穩(wěn)定性而廣泛運(yùn)用于航空發(fā)動機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的熱端部件。合金化能顯著提高高溫合金的高溫服役強(qiáng)度，因而高溫合金的組成元素多達(dá)十幾種甚至是二十幾種，這往往會引起高溫合金冶煉過程中合金元素的偏析以及雜質(zhì)元素含量的提高，這些都會惡化高溫合金的性能。GH4720Li是一種鎳基時(shí)效強(qiáng)化型高溫合金，其中Al和Ti的含量較高達(dá)到7.5％，通過γ＇強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化作用，使其用于制造使用溫度為650-750℃的高性能壓氣機(jī)和渦輪盤以及在900℃高溫環(huán)境下服役的渦輪盤。目前國外航空用高溫合金普遍運(yùn)用三聯(lián)的冶煉工藝，即真空感應(yīng)熔煉(VIM)+電渣重熔(ESR)+真空自耗重熔(VAR)。然而，保護(hù)性氣氛電渣重熔過程中，渣料的選擇不當(dāng)不僅不利于除渣而且使高溫合金的夾雜增多，對于低熔點(diǎn)元素像Al、Ti元素的燒損難以控制，渣料和冶煉工藝選擇不當(dāng)導(dǎo)致整個(gè)鑄錠夾雜物增多以及Al、Ti等低熔點(diǎn)元素出現(xiàn)大的波動，致使鑄錠報(bào)廢。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種鎳基高溫合金GH4720Li的冶煉工藝，解決了現(xiàn)有方法熔煉GH4720Li高溫合金雜質(zhì)元素含量高、Al、Ti等低熔點(diǎn)元素波動大的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種鎳基高溫合金GH4720Li的冶煉工藝，具體包括以下步驟：步驟1，稱取原料：按照GH4720Li合金的成分要求，稱取一號或零號Ni、真空脫氣Cr、海綿Ti、Al豆、金屬Co、NiW合金、NiMo合金、碳、NiMg合金、NiB合金、海綿鋯；步驟2，真空感應(yīng)熔煉：2.1將70-80wt％Ni、金屬Co、NiMo合金、NiW合金和20-30wt％Ni依次裝入爐中，抽真空到真空度≤0.1Pa時(shí)，緩慢升功率直至原材料熔清后，調(diào)節(jié)功率至精煉溫度精煉，精煉過程中施加電磁攪拌；2.2降功率至熔體表面結(jié)膜后加入真空脫氣Cr，升功率至熔清后調(diào)節(jié)功率至精煉溫度精煉，精煉過程中施加電磁攪拌；2.3降功率至熔體表面結(jié)膜后加入Al豆和海綿Ti，升功率至熔清后調(diào)節(jié)功率至精煉溫度精煉，精煉過程中施加電磁攪拌；2.4降功率保溫，并充氬氣至20000Pa后加入NiB合金、海綿Zr和NiMg合金，施加電磁攪拌一定時(shí)間后調(diào)節(jié)功率至澆注溫度后出鋼，得到真空熔煉鑄錠；步驟3，真空自耗熔煉：將步驟2得到的真空熔煉鑄錠置于VAR銅坩堝中熔煉，進(jìn)行兩次真空自耗熔煉，得到GH4720Li高溫合金鑄錠。本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，GH4720Li高溫合金各成分重量百分比wt％：C：0.01-0.02，Cr：15.5-16.5，Co：14-15.5，W：1.00-1.50，Mo：2.75-3.25，Al：2.25-2.75，Ti：4.75-5.25，B：0.01-0.02，Zr：0.025-0.05，F(xiàn)e≤0.5，Si≤0.2，P≤0.015，S≤0.001，O≤0.002，N≤0.003，Ni：余量。步驟2中熔清溫度為1500-1550℃，精煉溫度為1480-1500℃，精煉時(shí)間為20-40min。步驟2.1-2.3中熔煉和精煉時(shí)的真空度≤0.1Pa。步驟2.4中澆注溫度為1460-1480℃。步驟3中，熔煉時(shí)充入氦氣冷卻，采用流量控制并且以充氦壓力作為參考，通過調(diào)控氦氣流量使氦氣壓力維持在300-400Pa，當(dāng)氦氣壓力增大時(shí)，降低氦氣流量確保氦氣壓力降低到設(shè)定值，當(dāng)氦氣壓力減小時(shí)，增大氦氣流量確保氦氣壓力升高到設(shè)定值。流量控制具體為：熔煉起始階段，坩堝內(nèi)鋼液重量達(dá)到150-200kg時(shí)，開始充氦氣并且在60min內(nèi)氦氣的流量從0ml/min緩慢升高到110ml/min；熔煉過程中，通過調(diào)節(jié)流量的大小使氦氣壓力維持在300-400Pa；熱封頂階段的30min內(nèi)氦氣的流量從110ml/min降低到30ml/min。步驟3中第一次真空自耗熔煉的熔速為3.3-3.7kg/min。步驟3中第二次真空自耗熔煉的熔速為2.8-3.2kg/min。本發(fā)明的有益效果是，(1)本發(fā)明采用新型的三聯(lián)冶煉工藝提高了GH4720Li合金的冶金質(zhì)量，特別是在GH4720Li合金中起主要強(qiáng)化作用的γ’相形成元素Al元素和Ti元素成分控制精度高以及均勻性好，其他合金元素偏析減少并且成分控制精度高。(2)制備得到的GH4720Li合金中O、N、S等雜質(zhì)元素含量減少，其性能在650-750℃具有長期的穩(wěn)定性。(3)本發(fā)明新型的三聯(lián)冶煉工藝成本低，操作簡單并且提高鑄錠質(zhì)量的穩(wěn)定性。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明一種鎳基高溫合金GH4720Li的冶煉工藝，具體包括以下步驟：步驟1，稱取原料：按照各成分重量百分比(wt％)：C：0.01-0.02，Cr：15.5-16.5，Co：14-15.5，W：1.00-1.50，Mo：2.75-3.25，Al：2.25-2.75，Ti：4.75-5.25，B：0.01-0.02，Zr：0.025-0.05，F(xiàn)e≤0.5，Si≤0.2，P≤0.015，S≤0.001，O≤0.002，N≤0.003，Ni：余量，稱取一號或零號Ni、真空脫氣Cr、海綿Ti、Al豆、金屬Co、NiW合金、NiMo合金、碳、NiMg合金、NiB合金、海綿鋯。步驟2，真空感應(yīng)熔煉(VIM)2.1將70-80wt％金屬Ni、金屬Co、NiMo合金、NiW合金和20-30wt％金屬Ni依次裝入爐中，抽真空到真空度≤0.1Pa時(shí)，緩慢升功率直至原材料熔清，熔清熔體溫度為1500-1550℃；進(jìn)入精煉期，調(diào)節(jié)功率至精煉溫度1480-1500℃，精煉20-40min，精煉過程中施加電磁攪拌；2.2降功率至熔體表面結(jié)膜后加入真空脫氣Cr，升功率至熔清，熔清熔體溫度為1500-1550℃；進(jìn)入精煉期，調(diào)節(jié)功率至精煉溫度1480-1500℃，精煉20-40min，精煉過程中施加電磁攪拌；2.3降功率至熔體表面結(jié)膜后加入Al豆和海綿Ti，升功率至熔清，熔清熔體溫度為1500-1550℃；進(jìn)入精煉期，調(diào)節(jié)功率至精煉溫度1480-1500℃，精煉20-40min，精煉過程中施加電磁攪拌；2.4降功率保溫，并充氬氣至20000Pa后加入NiB合金、海綿Zr和NiMg合金，施加電磁攪拌一定時(shí)間后調(diào)節(jié)功率至澆注溫度后出鋼至Φ350mm的鑄模中，澆注溫度為1460-1480℃，得到真空熔煉鑄錠。步驟2.1-2.3中熔煉和精煉時(shí)的真空度≤0.1Pa。步驟3，一次真空自耗熔煉(VAR)：將步驟2得到的真空熔煉鑄錠置于規(guī)格為Φ410mm的VAR銅坩堝中，控制熔速3.3-3.7kg/min進(jìn)行熔煉，得到一次真空自耗熔煉鑄錠。熔煉時(shí)充入氦氣冷卻，采用流量控制并且以氦壓力作為參考，通過調(diào)控氦氣流量使氦氣壓力維持在300-400Pa，當(dāng)氦氣壓力增大時(shí)，降低氦氣流量確保氦氣壓力降低到設(shè)定值，當(dāng)氦氣壓力減小時(shí)，增大氦氣流量確保氦氣壓力升高到設(shè)定值。流量控制具體為：熔煉起始階段，坩堝內(nèi)鋼液重量達(dá)到150-200kg時(shí)，開始充氦氣并且在60min內(nèi)氦氣的流量從0ml/min緩慢升高到110ml/min；熔煉過程中，通過調(diào)節(jié)流量的大小使氦氣壓力維持在300-400Pa；熱封頂階段的30min內(nèi)氦氣的流量從110ml/min降低到30ml/min。步驟4，二次真空自耗熔煉(VAR)：將步驟3得到的一次真空熔煉鑄錠置于規(guī)格為Φ490mm的VAR銅坩堝中，控制熔速2.8-3.2kg/min進(jìn)行熔煉。熔煉時(shí)充入氦氣冷卻，采用流量控制并且以氦壓力作為參考，控制過程同步驟3。本發(fā)明首先采用真空感應(yīng)熔煉方法將高溫合金原材料分批加入爐中熔化和精煉，在精煉過程中施加電磁攪拌，從而起到逐步脫氣和除渣的作用。而且，在最后加入低熔點(diǎn)和含量較少的原材料合金NiMg、合金NiB和海綿Zr時(shí)，采用充氬的方法熔煉以減少低熔點(diǎn)合金元素的損失。從而獲得雜質(zhì)元素較少、成分均勻性較好以及合金化程度較高的VIM鑄錠?？紤]到GH4720Li高溫合金的Al元素和Ti元素含量較高約為7-8wt％，并且其為γ’的主要形成元素，而γ’相在GH4720Li高溫合金中起主要強(qiáng)化作用。真空自耗重熔(VAR)比電渣重熔(ESR)對Al和Ti元素的燒損程度小，并且電渣重熔需要選擇較好的渣系，成本也高，而真空自耗重熔(VAR)也有很好的除氣和除夾雜物的能力，因此選用真空自耗重熔(VAR)對VIM鑄錠進(jìn)行熔煉，即采用新型的三聯(lián)(VIM+VAR+VAR)冶煉工藝對GH4720Li進(jìn)行冶煉，能夠獲得成分合乎標(biāo)準(zhǔn)且均勻性好以及雜質(zhì)元素含量更少的鑄錠。實(shí)施例1(1)真空感應(yīng)熔煉(VIM)：先將70wt％Ni、金屬Co、NiMo合金、NiW合金和30wt％Ni依次裝入爐中，等到真空度≤0.1Pa時(shí)，緩慢升功率至300kw開始熔化原材料，緩慢升功率至450kw直至原材料熔清，測得此時(shí)溫度為1520℃，進(jìn)入精煉期調(diào)節(jié)熔體溫度為1500℃，精煉時(shí)間為30min，精煉過程中施加電磁攪拌；待降功率熔體表面結(jié)膜后加入真空脫氣Cr，升功率至熔清，測得此時(shí)溫度為1530℃，進(jìn)入精煉期調(diào)節(jié)熔體溫度為1500℃，精煉時(shí)間為20min，精煉過程中施加電磁攪拌；待降功率熔體表面結(jié)膜后加入Al豆和海綿Ti，升功率至熔清，此時(shí)溫度為1500℃；進(jìn)入精煉期調(diào)節(jié)熔體溫度為1480℃，精煉時(shí)間為20min，精煉過程中施加電磁攪拌；然后降功率至100kw保溫，并充氬氣至20000Pa后加入NiB合金、海綿Zr和NiMg合金，電磁攪拌15min后調(diào)節(jié)功率使熔體溫度為1460℃時(shí)出鋼。得到的VIM鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分如表1所示。表1VIM鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分(wt％)鑄錠部位CCrAlTiSON頭部0.01616.252.565.120.00090.00120.0018中部0.01316.162.505.060.00090.00110.0017尾部0.01516.222.515.050.00080.00120.0018(2)一次真空自耗熔煉(VAR)將得到VIM鑄錠置于真空感應(yīng)爐VAR銅坩堝中，控制熔速3.3kg/min進(jìn)行熔煉。熔煉時(shí)充入氦氣冷卻，采用流量控制并且充氦壓力作為參考，熔煉起始階段，坩堝內(nèi)鋼液重量達(dá)到150kg時(shí)，開始充氦氣并且在60min內(nèi)氦氣的流量從0ml/min緩慢升高到110ml/min；熔煉過程中，通過調(diào)節(jié)流量的大小使氦氣壓力維持在300-400Pa；熱封頂階段的30min內(nèi)氦氣的流量從110ml/min降低到30ml/min。一次VAR鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分如表2所示。表2一次VAR鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分(wt％)鑄錠部位CCrAlTiSON頭部0.01416.232.525.090.00090.000110.0014中部0.01216.142.485.040.00080.000100.0013尾部0.01516.202.475.030.00080.000110.0012由表2可見，一次VAR鑄錠成分均勻性好，雜質(zhì)元素含量減少。(2)二次真空自耗熔煉(VAR)將得到一次VAR鑄錠置于真空感應(yīng)爐VAR銅坩堝中，控制熔速2.8kg/min進(jìn)行熔煉。熔煉時(shí)充入氦氣冷卻，采用流量控制并且充氦壓力作為參考，熔煉起始階段，坩堝內(nèi)鋼液重量達(dá)到160kg時(shí)，開始充氦氣并且在60min內(nèi)氦氣的流量從0ml/min緩慢升高到110ml/min；熔煉過程中，通過調(diào)節(jié)流量的大小使氦氣壓力維持在300-400Pa；熱封頂階段的30min內(nèi)氦氣的流量從110ml/min降低到30ml/min。二次VAR鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分如表3所示。表3二次VAR鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分(wt％)鑄錠部位CCrAlTiSON頭部0.01316.142.464.980.00070.00090.0012中部0.01216.122.444.950.00070.00080.0012尾部0.01316.162.454.950.00080.00090.0012由表3可見，二次VAR鑄錠成分均勻性更好，雜質(zhì)元素含量進(jìn)一步減少。實(shí)例2(1)真空感應(yīng)熔煉(VIM)：先將75wt％Ni、金屬Co、NiMo合金、NiW合金和25wt％Ni依次裝入爐中，等到真空度≤0.1Pa時(shí)，緩慢升功率至300kw開始熔化原材料，緩慢升功率至500kw直至原材料熔清，測得此時(shí)溫度為1530℃，進(jìn)入精煉期調(diào)節(jié)熔體溫度為1500℃，精煉時(shí)間為30min，精煉過程中施加電磁攪拌；待降功率熔體表面結(jié)膜后加入真空脫氣Cr，升功率至熔清，測得此時(shí)溫度為1520℃，進(jìn)入精煉期調(diào)節(jié)熔體溫度為1490℃，精煉時(shí)間為20min，精煉過程中施加電磁攪拌；待降功率熔體表面結(jié)膜后加入Al豆和海綿Ti，升功率至熔清，此時(shí)溫度為1500℃，進(jìn)入精煉期調(diào)節(jié)熔體溫度為1480℃，精煉時(shí)間為20min，精煉過程中施加電磁攪拌；然后降功率至100kw保溫，并充氬氣至20000Pa后加入NiB合金、海綿Zr和NiMg合金，電磁攪拌15min后調(diào)節(jié)功率使熔體溫度為1470℃時(shí)出鋼。VIM鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分如表4所示。表4VIM鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分(wt％)鑄錠部位CCrAlTiSON頭部0.01516.242.535.080.00060.00080.0016中部0.01316.182.495.040.00060.00080.0015尾部0.01616.202.515.040.00060.00080.0015(2)一次真空自耗熔煉(VAR)將得到VIM鑄錠置于真空感應(yīng)爐VAR銅坩堝中，控制熔速3.5kg/min進(jìn)行熔煉。熔煉時(shí)充入氦氣冷卻，采用流量控制并且充氦壓力作為參考，熔煉起始階段，坩堝內(nèi)鋼液重量達(dá)到180kg時(shí)，開始充氦氣并且在60min內(nèi)氦氣的流量從0ml/min緩慢升高到110ml/min；熔煉過程中，通過調(diào)節(jié)流量的大小使氦氣壓力維持在300-400Pa；熱封頂階段的30min內(nèi)氦氣的流量從110ml/min降低到30ml/min。一次VAR鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分如表5所示表5一次VAR鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分(wt％)鑄錠部位CCrAlTiSON頭部0.01316.182.424.960.00060.00070.0013中部0.01216.132.524.970.00050.00070.0013尾部0.01416.162.484.980.00060.00080.0013由表5可見，一次VAR鑄錠成分均勻性好，雜質(zhì)元素含量減少。(2)二次真空自耗熔煉(VAR)將得到一次VAR鑄錠置于真空感應(yīng)爐VAR銅坩堝中，控制熔速3.0kg/min進(jìn)行熔煉。熔煉時(shí)充入氦氣冷卻，采用流量控制并且充氦壓力作為參考，熔煉起始階段，坩堝內(nèi)鋼液重量達(dá)到190kg時(shí)，開始充氦氣并且在60min內(nèi)氦氣的流量從0ml/min緩慢升高到110ml/min；熔煉過程中，通過調(diào)節(jié)流量的大小使氦氣壓力維持在300-400Pa；熱封頂階段的30min內(nèi)氦氣的流量從110ml/min降低到30ml/min。二次VAR鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分如表6所示表6二次VAR鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分(wt％)鑄錠部位CCrAlTiSON頭部0.01216.062.434.900.00050.00060.0010中部0.01216.032.414.890.00050.00060.0010尾部0.01316.052.424.890.00060.00060.0010由表6可見，二次VAR鑄錠成分均勻性更好，雜質(zhì)元素含量進(jìn)一步減少。實(shí)施例3(1)真空感應(yīng)熔煉(VIM)：先將80wt％Ni、金屬Co、NiMo合金、NiW合金和20wt％Ni依次裝入爐中，等到真空度≤0.1Pa時(shí)，緩慢升功率至300kw開始熔化原材料，緩慢升功率至550kw直至原材料熔清，測得此時(shí)溫度為1540℃，進(jìn)入精煉期調(diào)節(jié)熔體溫度為1500℃，精煉時(shí)間為40min，精煉過程中施加電磁攪拌；待降功率熔體表面結(jié)膜后加入真空脫氣Cr，升功率至熔清，測得此時(shí)溫度為1550℃，進(jìn)入精煉期調(diào)節(jié)熔體溫度為1500℃，精煉時(shí)間為20min，精煉過程中施加電磁攪拌；待降功率熔體表面結(jié)膜后加入Al和Ti，升功率至熔清，此時(shí)溫度為1500℃，進(jìn)入精煉期調(diào)節(jié)熔體溫度為1480℃，精煉時(shí)間為20min，精煉過程中施加電磁攪拌；然后降功率至100kw保溫，并充氬氣至20000Pa后加入NiB合金、海綿Zr和NiMg合金，電磁攪拌15min后調(diào)節(jié)功率使熔體溫度為1480℃時(shí)出鋼。VIM鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分如表7所示。表7VIM鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分(wt％)鑄錠部位CCrAlTiSON頭部0.01416.162.454.970.00060.00070.0014中部0.01216.102.404.920.00050.00070.0015尾部0.01516.122.424.940.00060.00080.0015(2)一次真空自耗熔煉(VAR)將得到VIM鑄錠置于真空感應(yīng)爐VAR銅坩堝中，控制熔速3.7kg/min進(jìn)行熔煉。熔煉時(shí)充入氦氣冷卻，采用流量控制并且充氦壓力作為參考，熔煉起始階段，坩堝內(nèi)鋼液重量達(dá)到190kg時(shí)，開始充氦氣并且在60min內(nèi)氦氣的流量從0ml/min緩慢升高到110ml/min；熔煉過程中，通過調(diào)節(jié)流量的大小使氦氣壓力維持在300-400Pa；熱封頂階段的30min內(nèi)氦氣的流量從110ml/min降低到30ml/min。一次VAR鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分如表8所示表8一次VAR鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分(wt％)鑄錠部位CCrAlTiSON頭部0.01216.112.394.860.00060.00060.0012中部0.01116.092.384.870.00050.00070.0013尾部0.01216.132.414.910.00060.00070.0013由表8可見，一次VAR鑄錠成分均勻性好，雜質(zhì)元素含量減少。(2)二次真空自耗熔煉(VAR)將得到一次VAR鑄錠置于真空感應(yīng)爐VAR銅坩堝中，控制熔速3.2kg/min進(jìn)行熔煉。熔煉時(shí)充入氦氣冷卻，采用流量控制并且充氦壓力作為參考，熔煉起始階段，坩堝內(nèi)鋼液重量達(dá)到200kg時(shí)，開始充氦氣并且在60min內(nèi)氦氣的流量從0ml/min緩慢升高到110ml/min；熔煉過程中，通過調(diào)節(jié)流量的大小使氦氣壓力維持在300-400Pa；熱封頂階段的30min內(nèi)氦氣的流量從110ml/min降低到30ml/min。二次VAR鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分如表9所示。表9二次VAR鑄錠頭部、中部和尾部的化學(xué)成分(wt％)鑄錠部位CCrAlTiSON頭部0.01116.032.364.830.00050.00050.0011中部0.01116.032.374.840.00050.00060.0010尾部0.01016.042.364.820.00060.00060.0010由表9可見，二次VAR鑄錠成分均勻性更好，雜質(zhì)元素含量進(jìn)一步減少。當(dāng)前第1頁1 2 3