CN102560165B - 一种用k417合金返回料熔炼k417g合金的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用K417合金返回料熔炼K417G合金的方法，将K417合金返回料的表面进行吹砂清理后，采用真空感应炉熔炼成返回料一次料锭；熔炼中间合金：该中间合金的化学成分（wt%）如下，C0.07~0.08、Al4.92~5.30、Co4.83~4.96、Cr8.72~9.26、Mo2.76~3.1、Zr0.064~0.073、B0.014~0.02、Ti4.41~4.46、V0.65~0.75 Ni余量，取相应比例的以上元素放入真空感应炉内熔炼成中间合金锭；分别取上述的K417合金返回料一次料锭和中间合金锭等重量比例混合，放入真空感应炉中进行熔炼，最终熔炼成K417G合金，具有降低生产的成本，变废为宝的优点。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金领域，特别提供了一种用K417合金返回料熔炼K417G合金的方法。
背景技术
K417G合金是在K417合金的基础上，降低5%Co和0.3%Ti研制而成的镍基铸造高温合金。它不仅具有K417合金密度小、塑性好、中温强度高等优点，而且价格便宜稳定性好，在850℃长时效后不析出б相。该合金具有良好的铸造性能，可铸成形状复杂的空心叶片。适合应用于950℃条件下工作的燃气涡轮叶片、导向叶片和其它高温用零件。
而K417合金中含有的Ni、Cr、Mo、Co等都属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，使用返回料已经成为非常必要。航空类铸造企业在K424、K403、K417等镍基高温合金的铸造产生过程中已经采用返回料合金进行铸件的生产，并已得到了广泛的应用。
而K417合金已大量应用与某老型号发动机中，由于发动机的更新换代，生产剩余的大量废铸件和浇冒口系统等返回料急需得到应用。K417合金和K417G合金元素相同，仅成分含量不同，因此能否采用K417合金返回料生产K417G合金已经成为生产过程中一个急待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用合金K417返回料熔炼K417G合金的方法，以解决以往K417合金返回料无法继续使用，造成的浪费问题。
本发明提供一种用K417合金返回料熔炼K417G合金的方法，该方法采用K417返回料先熔炼成合金锭，同时采用金属元素熔炼出一种中间合金，然后将K417返回料锭与中间合金共同熔炼成K417G合金，其特征在于：将K417返回料合金中Co的成分降低5%、Ti的成分降低0.3%，具体的熔炼步骤如下，
——熔炼K417合金：将K417合金返回料的表面进行吹砂清理后，采用真空感应炉熔炼成返回料一次料锭；
——熔炼中间合金：该中间合金的配料成分（wt%）如下，C0.07～0.08、Al4.92～5.30、Co4.83～4.96、Cr8.72～9.26、Mo2.76～3.1、Zr0.064～0.073、B0.014～0.02、Ti4.41～4.46、V0.65～0.75、Ni余量；取相应比例的以上元素放入真空感应炉内熔炼成中间合金锭；其中，中间合金的配料成分可以含有Fe、P、Si、Mn、S元素，且要求S＜0.01、P＜0.015、Si＜0.2、Mn＜0.2、Fe＜1.0；
——熔炼K417G合金：分别取上述的K417合金返回料一次料锭+中间合金锭各对等重量份混合，化学分析后加入调整成分补加元素，达到K417G合金后放入真空感应炉中进行熔炼，最终熔炼成K417G合金。
其中，所述中间合金的熔炼具体工艺过程如下，
——化清阶段：按照中间合金成分配料后，从下至上依次装入约2/3Ni+1/6C+全部Co+全部Mo+全部Cr+剩余1/3Ni，然后对真空炉进行抽真空，当真空度≤0.67Pa时，开始对真空炉进行加热，同时继续对真空炉抽真空，钢液温度＜1530℃，真空度≤10.66Pa；
——精炼阶段：要求真空炉的真空度≤1.33Pa，钢液温度为1530℃±10℃时，降功率至80kW,再加入1/6C,精练时间为20min～30min,停止加热，冷冻处理20min～30min；
——合金化阶段1：对真空炉继续加热，真空度控制在≤0.67Pa，大功率冲膜后，缓慢加入合金化元素：当温度为1420℃～1450℃，降低功率至80kW，首先加入2/3C，待C全熔后依次加入V-Al、Al、Ti，整个加Al耗时2min～5min，再对感应炉进行加热至功率130kW进行搅拌，并倾动坩埚2～3次，当温度达到1550℃～1570℃，停止加热7min～8min；
——合金化阶段2：向真空炉内加入CrB和Zr元素后，继续加热，当温度达到1530℃～1560℃时，停止加热，冷冻处理30min～35min；
——浇注阶段：送电180kW，对真空炉继续加热冲膜，当钢液温度为1450℃±10℃时进行浇注，浇注时间在1min～2min，浇注后在真空炉内冷却10min～20min最终熔炼得到中间合金。
其中，中间合金的熔炼具体工艺过程中，根据合金各元素的熔点高低的不同，中间合金规定了添加元素的顺序，另外，采用分步加C的方法，防止C与CrB合金形成碳化物，影响合金的品质。精炼到10min加C，并缓慢倾动坩埚2～3次，借高温高真空条件进一步C脱氧去气，去除有害杂质元素及实现合金均匀化。合金化期间加Al过程耗时2min～5min，严禁一次加入合金过量，引起熔池金属液局部温度过高产生喷溅和熔损。加入CrB和Zr由加料室加入，送140kW功率进行搅拌，倾动坩埚2～3次，保证合金成分均匀。
所述K417G合金的熔炼具体工艺过程如下，
——化清阶段：将K417合金返回料锭+中间合金料锭+补加元素放入真空炉的坩埚内，然后对真空炉进行抽真空，当真空度≤0.67Pa时，对真空炉进行加热，继续抽真空，要求钢液温度＜1530℃，真空度≤10.66Pa；
——精炼阶段：要求真空炉的真空度≤1.33Pa，温度为1530℃±10℃时，送功率80kW进入精炼，精炼期加入全部的C，进行精炼20min～30min后，停止加热，冷冻处理25min～30min；
——浇注阶段：当真空炉内的钢液温度为1450℃±10℃进行浇注，浇注时间控制在1min～2min，浇注后在真空炉内冷却10min～20min最终熔炼得K417G合金。
其中，K417G合金的熔炼具体工艺过程中与K417合金熔炼过程相比较，精练温度由70kW提高到80kW，这样保证了精练期的精练温度，有利于合金充分排除有害气体；冲膜温度由120kW提高到180kW，提高了冲膜的速度，保证了班产时间；浇注功率由80kW改变为由120kW缓慢降低的趋势，保证了合金在浇注过程中的流动性，使浇注能够顺利进行，保证了合金的成材率。
本发明提供的用K417合金返回料熔炼K417G合金的方法，其优点在于：有利于K417合金返回料的循环利用，而且对环境保护起到积极的作用，降低生产的成本，变废为宝。
附图说明
图1为K417合金返回料合成料锭工艺电力曲线图；
图2为中间合金熔炼的工艺电力曲线图；
图3为K417G合金返回料合成料锭工艺电力曲线图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例来进一步解释本发明，但其并不限制本发明。
实施例1
首先，熔炼K417合金返回料：将K417合金返回料的表面进行吹砂清理后，采用真空感应炉熔炼成返回料一次料锭，具体的熔炼工艺见附图1，成分见表1；
其次，熔炼中间合金：从下至上依次装入约2/3Ni+1/6C+全部Co+全部Mo+全部Cr+剩余1/3Ni，然后对真空炉进行抽真空，当真空度≤0.67Pa时，开始对真空炉进行加热，同时继续对真空炉抽真空，要求温度＜1530℃，真空度≤10.66Pa时将合金进行化清，化清之后继续对真空炉加热，要求真空炉的真空度≤1.33Pa，温度为1530℃±10℃时，降功率至80kW,进行精炼，精炼至10min，加入1/6C,精练时间为20min～30min,停止加热，冷冻处理20min～30min；再对真空炉继续加热，真空度控制在≤0.67Pa，大功率冲膜后，缓慢加入合金化元素，当温度为1420℃～1450℃，降低功率至80kW，首先加入2/3C，待C全熔后依次加入V-Al、Al、Ti，整个加Al耗时2min～5min，再对感应炉进行加热至功率130kW进行搅拌，并倾动坩埚2～3次，当温度达到1550℃～1570℃，停止加热7min～8min；送功率80kW，由加料室加入CrB和Zr元素后，继续加热，当温度达到1530℃～1560℃时，停止加热，冷冻处理30min～35min后；对真空炉继续加热冲膜，当温度为1450℃±10℃时进行浇注，浇注时间在1min～2min，浇注后在真空炉内冷却10min～20min，最终熔炼得中间合金，具体的熔炼工艺见附图2，具体成分见表1；
最后，熔炼K417G合金：分别取上述的K417合金返回料一次料锭和中间合金锭对等重量份，经过调整成分，放入真空感应炉中进行熔炼，然后对真空炉进行抽真空，当真空度≤0.67Pa时，对真空炉进行加热，继续抽真空，要求温度＜1530℃，真空度≤10.66Pa的条件下，进行化清后，继续对真空炉进行加热，要求真空炉的真空度≤1.33Pa，温度为1530℃±10℃时，进行精炼20min～30min后，停止加热，冷冻处理25min～30min后，对真空炉继续加热，要求温度为1420℃～1430℃时进行冲膜，当真空炉内钢液的温度为1450℃±10℃进行浇注，最终熔炼得K417G合金。具体的熔炼工艺见附图3，最终熔炼成K417G合金A。
表1：
对熔炼成的K417G合金A进行高温持久性能和高温瞬时性能的测试，其结果分别见表2、表3。
表2：高温持久性能
表3：高温瞬时性能
实施例2
熔炼K417G合金B，具体的熔炼过程与实施例1中的熔炼过程相同，其中各合金的具体成分见表4：
表4
对熔炼成的K417G合金B进行高温持久性能和高温瞬时性能的测试，其结果分别见表5、表6，
表5：高温持久性能
表6：高温瞬时性能
| 试验温度（℃） | 保温时间（min） | 强度极限（MPa） | 相对延伸率δ5% | 断面收缩率ψ% |
| 900 | 20 | 750 | 11.0 | 11.5 |
实施例3
熔炼K417G合金C，具体的熔炼过程与实施例1中的熔炼过程相同，其中各合金的具体成分见，表7：
表7：
对熔炼成的K417G合金C进行高温持久性能和高温瞬时性能的测试，其结果分别见表8、表9。
表8：高温持久性能
| 试样的尺寸（φmm） | 试验应力（MPa） | 试验温度（℃） | 试验时间（h：min） | 延伸率 |
| φ5.00 | 235 | 950 | 95：11断 | 无要求 |
| φ5.00 | 315 | 900 | 70：15断 | 无要求 |
| φ5.00 | 647 | 760 | 50：01断 | 4.8 |
表9：高温瞬时性能
实施例4
熔炼K417G合金D具体的熔炼过程与实施例1中的熔炼过程相同，且原料中K417返回料为两种成分稍有差异的K417返回料1和K417返回料2，其中各合金的具体成分见，表10：
表10：
对熔炼成的K417G合金D进行温持久性能和高温瞬时性能的测试，其结果分别见表11、表12：
表11：高温持久性能
表12：高温瞬时性能
| 试验温度（℃） | 保温时间（min） | 强度极限（MPa） | 相对延伸率δ5% | 断面收缩率ψ% |
| 900 | 20 | 730 | 8 | 19.5 |
实施例5
熔炼K417G合金E具体的熔炼过程与实施例1中的熔炼过程相同，且原料中K417返回料为两种成分稍有差异的K417返回料3和K417返回料4，其中各合金的具体成分见，表13：
表13：
对熔炼成的K417G合金D进行温持久性能和高温瞬时性能的测试，其结果见，分别见表14、表15：
表14：高温持久性能
| 试样的尺寸（φmm） | 试验应力（MPa） | 试验温度（℃） | 试验时间（h：min） | 延伸率技术条件 |
| φ5.00 | 235 | 950 | 60：30未断 | 无要求 |
| φ5.00 | 315 | 900 | 90：30未断 | 无要求 |
| φ5.00 | 647 | 760 | 100：01断 | 6.8 |
表15：高温瞬时性能
| 试验温度（℃） | 保温时间（min） | 强度极限（MPa） | 相对延伸率δ5% | 断面收缩率ψ% |
| 900 | 20 | 695 | 8.5 | 12 |
而对于K417G合金的性能指标如下：
高温持久性能
| 试样的尺寸（φmm） | 试验应力（MPa） | 试验温度（℃） | 试验时间（h：min） | 延伸率技术条件 |
| φ5.00 | 235 | 950 | ≥40 | 无要求 |
| φ5.00 | 315 | 900 | ≥70 | 无要求 |
| φ5.00 | 647 | 760 | ≥23 | ≥2 |
高温瞬时性能
| 试验温度（℃） | 保温时间（min） | 强度极限（MPa） | 相对延伸率δ5% | 断面收缩率ψ% |
| 900 | 20 | ≥637 | ≥6.0 | ≥8.0 |
由此可见，实施例1～5熔炼的K417G合金性能均达到了指标要求。
Claims (2)
1.一种用K417合金返回料熔炼K417G合金的方法，其特征在于：将K417返回料合金中Co的成分降低5%、Ti的成分降低0.3%，具体的熔炼步骤如下，
——熔炼K417合金：将K417合金返回料的表面进行吹砂清理后，采用真空感应炉熔炼成返回料一次料锭；
——熔炼中间合金：该中间合金配料成分（wt%）如下，C0.07～0.08、Al4.92～5.30、Co4.83～4.96、Cr8.72～9.26、Mo2.76～3.1、Zr0.064～0.073、B0.014～0.02、Ti4.41～4.46、V0.65～0.75、Ni余量；取相应比例的以上元素放入真空感应炉内熔炼成中间合金锭；
——熔炼K417G合金：分别取上述的K417合金返回料一次料锭和中间合金锭等重量比例混合，化学分析后加入调整成分补加元素，达到K417G合金标准后，放入真空感应炉中进行熔炼，最终熔炼成K417G合金；
所述中间合金的熔炼具体工艺过程如下，
——化清阶段：按照中间合金成分配料后，从下至上依次装入2/3Ni+1/6C+全部Co+全部Mo+全部Cr+剩余1/3Ni，然后对真空炉进行抽真空，当真空度≤0.67Pa时，开始对真空炉进行加热，同时继续对真空炉抽真空，钢液温度＜1530℃，真空度≤10.66Pa；
——精炼阶段：要求真空炉的真空度≤1.33Pa，钢液温度为1530℃±10℃时，降功率至80kW,再加入1/6C,精练时间为20min～30min,停止加热，冷冻处理20min～30min；
——合金化阶段1：对真空炉继续加热，真空度控制在≤0.67Pa，大功率冲膜后，缓慢加入合金化元素，当温度为1420℃～1450℃，降低功率至80kW，首先加入2/3C，待C全熔后依次加入V-Al、Al、Ti，整个加Al耗时2min～5min，再对感应炉进行加热至功率130kW进行搅拌，并倾动坩埚2～3次，当温度达到1550℃～1570℃，停止加热7min～8min；
——合金化阶段2：向真空炉内加入CrB和Zr元素后，继续加热，当温度达到1530℃～1560℃时，停止加热，冷冻处理30min～35min；
——浇注阶段：送电180kW，对真空炉继续加热冲膜，当钢液温度为1450℃±10℃时进行浇注，浇注时间在1min～2min，浇注后在真空炉内冷却10min～20min最终熔炼得到中间合金。
2.按照权利要求1所述用K417合金返回料熔炼K417G合金的方法，其特征在于：所述K417G合金的熔炼具体工艺过程如下，
——化清阶段：将K417合金返回料锭+中间合金料锭+补加元素放入真空炉的坩埚内，然后对真空炉进行抽真空，当真空度≤0.67Pa时，对真空炉进行加热，继续抽真空，要求钢液温度＜1530℃，真空度≤10.66Pa；
——精炼阶段：要求真空炉的真空度≤1.33Pa，温度为1530℃±10℃时，送功率80kW进入精炼，精炼期加入全部的C，进行精炼20min～30min后，停止加热，冷冻处理25min～30min；
——浇注阶段：当真空炉内的钢液温度为1450℃±10℃进行浇注，浇注时间控制在1min～2min，浇注后在真空炉内冷却10min～20min最终熔炼得K417G合金。
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