CN110904363A

CN110904363A - Abx合金的制备方法

Info

Publication number: CN110904363A
Application number: CN201911243069.6A
Authority: CN
Inventors: 陈业高
Original assignee: Suqian College
Current assignee: Jiangsu Applied Element Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2020-03-24
Anticipated expiration: 2039-12-06
Also published as: CN110904363B

Abstract

本发明涉及金属加工领域，公开了一种ABX合金的制备方法，其中A为基体金属，B为至少一种主金属或非金属元素，X为至少一种金属或非金属元素，熔炼时先将基体金属A熔化，然后向其中加入X，最后再向混合金属溶液中加入B，其特征在于，所述合金B为含有A元素的A‑B中间合金或不含有A元素的中间合金，B的中间合金由颗粒大小为20~200微米、晶粒大小为0.5~50微米的各组元的纯元素粉末均匀混合后压制成块或压制+烧结成块而成。与直接在母合金熔体中加入铸造制成的块状中间合金相比，本方法能够得到成分更为均匀的合金溶液，与粉末冶金方法需要先压制成型后烧结相比，本方法能够制造出结构复杂的零件，且零件性能大幅度提升。

Description

ABX合金的制备方法

技术领域

本发明涉及金属加工领域，特别涉及一种ABX合金的制备方法。

背景技术

目前，合金的制备方法中，大多是先将基体金属熔化，然后向基体金属中加入其它元素的纯组元继续熔化，接着再向熔化后的混合金属液中加入中间合金铸锭进行熔炼，最后浇铸成合金。这样的制备方式中，由于中间合金铸锭成分不均，组织粗大，含有夹杂，会导致混合熔体成分不均匀，最终会导致炼成的合金性能较低，达不到用户要求。另外一种方式是通过粉末冶金的方式，需要先将粉末压制成零件形状的结构，然后对该结构进行烧结，最终形成合金的零件产品。但是这种粉末冶金的方法只能制造形状结构简单的零件，对于形状不规则的复杂零件则无法制造。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种ABX合金的制备方法，能够制造出成分更为均匀、性能大幅度提升的合金，也能直接浇铸结构复杂、性能较好的合金零件。

技术方案：本发明提供了ABX合金的制备方法，其中A为基体金属，B为至少一种主金属或非金属元素，X为至少一种金属或非金属元素，熔炼时先将基体金属A熔化，然后向其中加入X，最后再向混合金属液中加入B，所述合金B为含有A元素的A-B中间合金或不含有A元素的中间合金，且B的中间合金由粉末颗粒大小为20~200微米、晶粒大小为0.5~50微米的各纯组元的粉末均匀混合后压制成块或压制+烧结成块而成。

优选地，熔炼步骤如下：S1：在100~300℃烘干所有原料，烘干时间30min~4h；S2：熔化基体金属A，熔炼温度为T_m+50~100℃，熔化后保温30~60min，T_m为A的熔点；S3：向A的金属液中加入X的纯组元或中间合金，保温20~30min；S4：向S3所得混合金属液中加入B的中间合金，保温15~30min；S5：除渣除气；S6：浇铸成型即得所述ABX合金或铸件。

优选地，所述X为中间合金，由粉末颗粒大小为20~200微米、晶粒大小为0.5~50微米的各纯组元的粉末均匀混合后压制成块或压制+烧结成块而成。

优选地，在所述步骤S2中，熔炼基体金属A是在真空环境熔炼，或者在保护性气氛熔炼，或者在空气中熔炼。

优选地，所述ABX合金中，A为Ni或Co，B为Co、Cr、Mo和/或Al；X为以下任意一种或其组合：W、Al、Ta、Ti、Mo、C、Zr、B、Fe、Mn、Si、Nb、Hf。

优选地，所述X为W、Al、Ta、Ti、Mo、C、Zr、B、Fe、Mn、Si、Nb和Hf的混合物；所述ABX合金中各组分的质量百分比如下：Co：9~11%，Cr：8~8.8%，W ：9.5~10.5%，Al ：5.3~5.7%，Ta：2.8~3.3%，Ti：0.9~1.2%，Mo：0.5~0.8%，C：0.13~0.17%，Zr：0.04~0.07%，B：0.01~0.02，Fe：≤0.5%，Mn ：≤0.2%，Si：≤0.2%，Nb：≤0.1%，S：≤0.1%，P：≤0.1%，Hf ：1.35~1.5%，其余为镍。

优选地，所述中间合金B的各组元粉末由机械球磨法或喷射沉积法或等离子旋转电极法制备，然后均匀混合，最后压制成块或压制+烧结成块。

有益效果：通过本方法制备得到的ABX合金从宏观看没有成分偏析，从微观看没有或仅有轻微的微观偏析，本方法中，在熔炼时向A的母合金熔体中加入至少一种金属或非金属元素X，最后再向前述混合金属熔体中加入由颗粒大小在20微米到200微米之间、晶粒大小在0.5微米到50微米之间的各组元的粉末均匀混合后压制或压制+烧结而成B的中间合金，与现有技术中直接在母合金熔体中加入铸造制成的中间合金铸锭相比，本方法能够得到成分更为均匀的合金溶液，然后采取铸造的方法制造出所需的零件，与粉末冶金方法需要先压制成型后烧结相比，本方法能够制造出结构复杂的零件，且由于熔炼时上述性能的中金合金的加入，合金溶液成分比较均匀，进而制造出的零件性能大幅度提升。

1.均匀粉末压制或者烧结的中间合金，成分均匀，加入到熔体后合金元素扩散快，在熔体内能够迅速均匀分布，使整体熔体成分均匀，大大减弱合金元素偏聚的现象；

2.熔体成分均匀，浇铸后有利于得到成分均匀的铸锭和铸件，提高材料的性能；

3.均匀粉末压制或者烧结的中间合金，晶粒细小，呈等轴状，这些优异的性质会遗传到整个熔体中，待浇铸后使铸造组织向细小等轴方向发展；

4.均匀粉末压制或者烧结的中间合金与普通熔铸法制备的中间合金相比，没有粗大的第二相和冶金夹杂等缺陷，加入熔体后，既没有引入粗大的组织，也没有带入新的杂质；

5.均匀粉末压制或者烧结的中间合金，熔点低，母合金不需要过高的过热温度和过长的保温时间便可使中间合金熔化，降低熔炼温度，缩短过热时间，保护其他合金元素不被烧损，降低设备要求；

6.均匀粉末压制或者烧结的中间合金，以小块状加入熔体，便于均匀投放，缩短元素扩散距离，有利于熔体成分更加均匀；

7.加入均匀粉末压制或者烧结的中间合金，熔体成分均匀，可以直接浇铸高性能结构复杂铸件，这是粉末冶金方法无法做到的。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的介绍。

实施方式1：

本实施方式提供了一种NiCoCrX高温合金的制备方法，其中的X为W、Al、Ta、Ti、Mo、C、Zr、B、Fe、Mn、Si、Nb和Hf的组合物，NiCoCrX高温合金中各组分的重量百分比如下：Co：10%，Cr：8.5%，W：10%，Al：5.5%，Ta：3.0%，Ti：1%，Mo：0.7%，C：0.15%，Zr：0.06%，B：0.01，Fe：≤0.3%，Mn：≤0.1%，Si：≤0.1%，Nb：≤0.05%，S：≤0.05%，P：≤0.05%，Hf ：1.4%；其余为镍。

上述合金的制备方法如下：

S1：烘干所有原料；

S2：真空感应熔炼炉1450~1480℃熔化纯金属Ni（纯度≥99.96%），保温60min；

S3：向Ni金属熔液中加入 W、Al、Ta、Ti、Mo、C、Zr、B、Fe、Mn、Si、Nb和Hf的中间合金，保温20min；

S4：向S3所得混合金属熔液中加入Ni-55Cr和Ni-50Co中间合金，保温15min；其中，Ni-55Cr和Ni-50Co中间合金是由颗粒大小为20~200微米、晶粒大小为0.5~50微米的各组元的纯元素粉末均匀混合后压制成块或压制+烧结成块而成；

S5：浇铸成型即得NiCoCrX高温合金。

本实施方式制备出的NiCoCrX高温合金与传统方法制备的NiCoCrX高温合金的力学性能比较如下表1：

表1

实施方式2：

本实施方式提供了一种CoCrMoX高温合金的制备方法，其中的X为C、Ni、Fe、Mn、Si的组合物，CoCrMoX高温合金中各组分的重量百分比如下：C：≤0.35%，Cr：26.5~30%， Mo：4.5~7%， Fe：≤1%，Mn：≤1%，Si：≤1%；其余为Co。

制备方法如下：

S1：烘干所有原料；

S2：真空感应熔炼炉1480~1520℃熔化纯金属Ni（纯度≥99.96%），保温40min；

S3：向Ni金属熔液中加入C、Cr、Mo、Fe、Mn、Si的纯组元，保温30min；

S4：向S3所得混合金属熔液中加入Co-44Cr和Co-40Mo中间合金粉末，保温20min；其中，Co-44Cr和Co-40Co中间合金是由颗粒大小为20~200微米、晶粒大小为0.5~50微米的各组元的纯元素粉末均匀混合后压制成块或压制+烧结成块而成；

S5：浇铸成型即得CoCrMoX高温合金。

本实施方式制备出的CoCrMoX高温合金与传统方法制备的CoCrMoX高温合金的力学性能比较如下表2：

表2

实施方式3：

本实施方式提供了一种NiCrMoAlX高温合金的制备方法，其中的X为C、Nb、Ti、B、Zr、Fe、Mn、Si、和杂质元素的组合物，NiCrMoAlX高温合金中各组分的重量百分比如下： Cr：11.5~13.5%，Mo：3.8~4.8%，Al：5.5~6.4%，C：0.08~0.16%，Nb：1.8~2.5%，Ti：0.5~1%，B：0.008~0.02%，Zr：0.06~0.15%，Fe：≤1%，Mn：≤0.5%，Si：≤0.5%，杂质：≤0.03%；其余为Ni。

制备方法如下：

S1：烘干所有原料；

S2：真空感应熔炼炉1450~1480℃熔化纯金属Ni（纯度≥99.96%），保温50min；

S3：向Ni金属熔液中加入C、Nb、Ti、B、Zr、Fe、Mn、Si的纯组元，保温30min；

S4：向S3所得混合金属熔液中加入Ni-55Cr、Ni-46Mo和Ni-92Al中间合金，保温20min；其中，Ni-55Cr Ni-46Mo和Ni-92Al中间合金是由颗粒大小为20~200微米、晶粒大小为0.5~50微米的各组元的纯元素粉末均匀混合后压制成块或压制+烧结成块而成；

S5：浇铸成型即得NiCrMoAlX高温合金。

本实施方式制备出的NiCrMoAlX高温合金与传统方法制备的NiCrMoAlX高温合金的力学性能比较如下表3：

表3

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种ABX合金的制备方法，其中A为基体金属，B为至少一种主金属或非金属元素，X为至少一种金属或非金属元素，熔炼时先将基体金属A熔化，然后向其中加入X，最后再向混合金属液中加入B，其特征在于，所述合金B为含有A元素的A-B中间合金或不含有A元素的中间合金，且B的中间合金由粉末颗粒大小为20~200微米、晶粒大小为0.5~50微米的各纯组元的粉末均匀混合后压制成块或压制+烧结成块而成。

2.根据权利要求1所述的ABX合金的制备方法，其特征在于，熔炼步骤如下：

S1：在100~300℃烘干所有原料，烘干时间30min~4h；

S2：熔化基体金属A，熔炼温度为T_m+50~100℃，熔化后保温30~60min，T_m为A的熔点；

S3：向A的金属液中加入X的纯组元或中间合金，保温20~30min；

S4：向S3所得混合金属液中加入B的中间合金，保温15~30min；

S5：除渣除气；

S6：浇铸成型即得所述ABX合金或铸件。

3.根据权利要求1所述的ABX合金的制备方法，其特征在于，所述X为中间合金，由粉末颗粒大小为20~200微米、晶粒大小为0.5~50微米的各纯组元的粉末均匀混合后压制成块或压制+烧结成块而成。

4.根据权利要求2所述的ABX合金的制备方法，在所述步骤S2中，熔炼基体金属A是在真空环境熔炼，或者在保护性气氛熔炼，或者在空气中熔炼。

5.根据权利要求2所述的ABX合金的制备方法，其特征在于，所述ABX合金中，A为Ni或Co，B为Co、Cr、Mo和/或Al；X为以下任意一种或其组合：

W、Al、Ta、Ti、Mo、C、Zr、B、Fe、Mn、Si、Nb、Hf。

6.根据权利要求3所述的ABX合金的制备方法，其特征在于，所述X为W、Al、Ta、Ti、Mo、C、Zr、B、Fe、Mn、Si、Nb和Hf的混合物；

所述ABX合金中各组分的质量百分比如下：Co：9~11%，Cr：8~8.8%，W ：9.5~10.5%，Al ：5.3~5.7%，Ta：2.8~3.3%，Ti：0.9~1.2%，Mo：0.5~0.8%，C：0.13~0.17%，Zr：0.04~0.07%，B：0.01~0.02，Fe：≤0.5%，Mn ：≤0.2%，Si：≤0.2%，Nb：≤0.1%，S：≤0.1%，P：≤0.1%，Hf ：1.35~1.5%，其余为镍。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的ABX合金的制备方法，其特征在于，所述中间合金B的各组元粉末由机械球磨法或喷射沉积法或等离子旋转电极法制备，然后均匀混合，最后压制成块或压制+烧结成块。