具有高耐磨性能的鎳基合金及其製造方法與流程
2023-05-02 07:24:56 1
本發明涉及合金技術領域，特別涉及鎳基合金的技術領域，具體是一種具有高耐磨性能的鎳基合金及其製造方法。
背景技術：
高溫合金GH80A由於其金屬元素的種類多和含量大，每種金屬具有其特有的特性存在於合金內，各種特性相互作用產生應力。降低了GH80A合金原本擁有的優異特性。沒有使合金達到理想的工作或使用狀態。一般情況下合金具有組織穩定性和使用可靠性。金屬鋯(Zr)本身具有抗腐蝕性，高硬度、高強度的特性，在冶煉中加入鋯元素可以脫氧、取氧、淨化和細化晶粒作用的同時，利用鋯元素的相容性，在合金時效過程中最大程度消除由於元素品種與含量高而產生的應力作用，最大限度的保留了GH80A的綜合性能。
在傳統工藝中，牌號GH80A合金是採用真空冶煉的方式進行的。但是，鋯元素的收得率始終非常非常低，從而導致GH80A合金中其它很多金屬元素之間相互作用，產生應力，降低了GH80A的性能和使用要求。真空冶煉鋯元素收得率低的主要原因就是鋯元素的熔點和真空冶煉出鋼液的溫度都在1450℃這個臨界點上。當冶煉末期，如果鋼液不到1450℃，加入的鋯元素就不能充分溶解在鋼液中。如果鋼液超過1450℃，加入的鋯元素就會因為溫度過高而發生金屬燃燒的現象。
技術實現要素：
本發明為了解決上述問題，提供一種提高鋯元素收得率、增強合金抗蠕變性和抗氧化性、且具有高耐磨性能的鎳基合金及其製造方法。
為了實現上述目的，本發明提供了一種具有高耐磨性能的鎳基合金，其主要特點是：
以質量百分數計，所述的合金包括：鋁為1％～1.8％，鈦為1.8％～2.7％，鈷≤2.0％，鐵≤1.5％，鉻為18％～21％，錳≤0.4％，餘量為鎳以及其他在冶煉過程中的不可避免的雜質元素。
本發明的一種具有高耐磨性能的鎳基合金的製造方法，其特徵在於，所述的製造方法主要包括以下步驟：
(1)烘烤原材料金屬鎳、金屬鈷、金屬鉻、純鐵和輔助材料鋁塊、金屬鈦、金屬錳、金屬鋯以及還原劑鋁粉、鋁石灰，在300℃的高溫下烘烤3h；
(2)將所述的烘烤後的原材料金屬鎳、金屬鈷、金屬鉻、純鐵投入中頻感應冶煉爐中；
(3)通電，在2h內使所述的冶煉爐升溫至1200℃，進行熔煉和化料，所述的原材料由固態轉化為液態；
(4)將所述的冶煉爐的溫度保持在1200℃，加入所述的烘烤後的還原劑鋁粉、鋁石灰，所述的還原劑在鋼液表面形成鋼渣層，對鋼液進行脫氧、脫硫、取氣、去雜質，保持50分鐘；
(5)在冶煉結束前5～10分鐘，溫度為1450℃時，將所述的輔助材料鋁塊、金屬鈦、金屬錳投入鋼液中，繼續冶煉5～10分鐘，冶煉過程結束；
(6)將所述的烘烤後的金屬鋯投入鋼包中，停電，將所述的冶煉爐中的冶煉過程結束後的鋼液倒入鋼包內，使所述的鋼液與所述的金屬鋯進行混衝，再澆鑄成鋼錠。
較佳地，所述的步驟(1)中烘烤的所述的原材料按質量計分別為金屬鎳556kg、金屬鈷11kg、金屬鉻143kg、純鐵9.8kg和所述的輔助材料按質量計分別為鋁塊11kg、金屬鈦15kg、金屬錳3kg、金屬鋯0.3kg以及所述的還原劑按質量計分別為鋁粉0.5kg、鋁石灰0.4kg。
本發明的應用有益效果在於：在冶煉開始前，先將各種原材料、輔助材料和還原劑進行烘烤，以排除水分對冶煉過程的影響；使用中頻感應冶煉爐進行冶煉，分批加入輔助材料和還原劑，使鋼液在不同的冶煉時期與不同的物料相作用，加入還原劑使其在鋼液表面形成鋼渣層，隔離空氣，達到脫氧、脫硫、取氣、去雜質的效果；將金屬鋯投放入鋼包中，將其與冶煉結束後的鋼液混衝，大大提升和保留合金中鋯元素，利用鋯元素的相容性，在合金時效過程中最大程度消除由於元素品種與含量高而產生的應力作用，最大限度的保留了GH80A的綜合性能。
附圖說明
圖1是本發明的具有高耐磨性能的鎳基合金及其製造方法的工藝流程示意圖。
具體實施方式
為了能夠更清楚地描述本發明的技術內容，下面結合具體實施例來進行進一步的描述。
本發明提供了一種具有高耐磨性能的鎳基合金，其中以質量百分數計，所述的合金包括：鋁為1％～1.8％，鈦為1.8％～2.7％，鈷≤2.0％，鐵≤1.5％，鉻為18％～21％，錳≤0.4％，餘量為鎳以及其他在冶煉過程中的不可避免的雜質元素。
本發明還提供了一種具有高耐磨性能的鎳基合金的製造方法，其中所述的製造方法主要包括以下步驟：
(1)烘烤原材料金屬鎳、金屬鈷、金屬鉻、純鐵和輔助材料鋁塊、金屬鈦、金屬錳、金屬鋯以及還原劑鋁粉、鋁石灰，在300℃的高溫下烘烤3h；
(2)將所述的烘烤後的原材料金屬鎳、金屬鈷、金屬鉻、純鐵投入中頻感應冶煉爐中；
(3)通電，在2h內使所述的冶煉爐升溫至1200℃，進行熔煉和化料，所述的原材料由固態轉化為液態；
(4)將所述的冶煉爐的溫度保持在1200℃，加入所述的烘烤後的還原劑鋁粉、鋁石灰，所述的還原劑在鋼液表面形成鋼渣層，對鋼液進行脫氧、脫硫、取氣、去雜質，保持50分鐘；
(5)在冶煉結束前5～10分鐘，溫度為1450℃時，將所述的輔助材料鋁塊、金屬鈦、金屬錳投入鋼液中，繼續冶煉5～10分鐘，冶煉過程結束；
(6)將所述的烘烤後的金屬鋯投入鋼包中，停電，將所述的冶煉爐中的冶煉過程結束後的鋼液倒入鋼包內，使所述的鋼液與所述的金屬鋯進行混衝，再澆鑄成鋼錠。
其中所述的步驟(1)中烘烤的所述的原材料按質量計分別為金屬鎳556kg、金屬鈷11kg、金屬鉻143kg、純鐵9.8kg和所述的輔助材料按質量計分別為鋁塊11kg、金屬鈦15kg、金屬錳3kg、金屬鋯0.3kg以及所述的還原劑按質量計分別為鋁粉0.5kg、鋁石灰0.4kg。
本發明將傳統的真空冶煉改為中頻冶煉。將鋯元素不直接加在鋼液中，而是加在鋼包內。目的是利用熱容比錯開鋯元素的熔點和出鋼液溫度的重合。例，當鋼水溫度達到1450℃時，將金屬鋯投入鋼包內，再將鋼液倒入鋼包，與金屬鋯混衝產生熱容比，雖然混衝時的鋼液只有1200℃，沒有達到鋯元素的熔點，卻依然可以將鋯元素充分溶解在鋼液之中，提升了鋯元素的收得率，從而消除了鋼液凝固變為合金時，各個金屬元素之間產生的應力作用，保留了合金材料原有的特性。
本發明的應用有益效果在於：在冶煉開始前，先將各種原材料、輔助材料和還原劑進行烘烤，以排除水分對冶煉過程的影響；使用中頻感應冶煉爐進行冶煉，分批加入輔助材料和還原劑，使鋼液在不同的冶煉時期與不同的物料相作用，加入還原劑使其在鋼液表面形成鋼渣層，隔離空氣，達到脫氧、脫硫、取氣、去雜質的效果；將金屬鋯投放入鋼包中，將其與冶煉結束後的鋼液混衝，大大提升和保留合金中鋯元素，利用鋯元素的相容性，在合金時效過程中最大程度消除由於元素品種與含量高而產生的應力作用，最大限度的保留了GH80A的綜合性能。
在此說明書中，本發明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以做出各種修改和變換而不背離本發明的精神和範圍。因此，說明書應被認為是說明性的而非限制性的。