一种细化K4750镍基高温合金铸造试棒等轴晶晶粒的方法技术

本发明专利技术公开了一种细化K4750镍基高温合金铸造试棒等轴晶晶粒的方法，属于高温合金制备技术领域。该方法采用石英砂填充在模壳与砂箱壁之间，要求模壳与砂箱壁之间宽度为60mm～80mm，砂箱在800℃～950℃预热保温处理，随后移入真空感应熔炼炉中熔化K4750母合金，合金熔体温度至1390℃～1480℃浇注到模壳中，能够制备出具有细小等轴晶晶粒的铸造试棒。采用石英砂作为合金熔体凝固过程的冷却材料，并使模壳与砂箱壁之间宽度为60mm～80mm，能够控制合金在凝固过程的冷却速率，再加上控制模壳预热温度和合金熔体浇注温度，能够保证铸造试棒的良好充型、晶粒形状为等轴晶、平均晶粒尺寸≤300μm。300μm。

【技术实现步骤摘要】
一种细化K4750镍基高温合金铸造试棒等轴晶晶粒的方法


[0001]本专利技术涉及高温合金材料制备
，具体涉及一种细化K4750镍基高温合金铸造试棒等轴晶晶粒的方法。

技术介绍

[0002]K4750合金是中国科学院金属研究所自主研制的一种新型等轴晶铸造高温合金，该合金的承温能力达到750℃，尤其在650℃～750℃温度区间内高温力学性能显著优于现广泛使用的K4169合金，同时具有良好的铸造性、焊接性等综合性能，可广泛应用在750℃以下长期工作的复杂薄壁精密铸件中。熔模精密铸造的高温合金铸件，浇注后的合金晶粒通常比较粗大，会降低合金的抗疲劳性能。细小等轴晶比粗大等轴晶、柱状晶、混合晶组织的抗疲劳能力强，能够经受更多的疲劳循环次数，因此制备理想的细小等轴晶组织对于提高合金抗疲劳性能具有重要意义。在此背景下，本专利技术的实施可在K4750合金铸造试棒上获得细小等轴晶晶粒，为材料在复杂薄壁精密铸件上的应用提供技术保障。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种细化K4750镍基高温合金铸造试棒等轴晶晶粒的方法，该方法采用普通石英砂作为铸造试棒凝固过程的冷却材料，填充在模壳与砂箱壁之间，要求模壳与砂箱壁之间宽度为60mm～80mm，用于控制合金凝固过程的冷却速率，同时控制模壳预热温度为800℃～950℃、合金熔体浇注温度为1390℃～1480℃，可制备出具有良好充型和细小等轴晶晶粒的铸造试棒，平均晶粒尺寸≤300μm。
[0004]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0005]一种细化K4750镍基高温合金铸造试棒等轴晶晶粒的方法，该方法包括如下步骤：
[0006](1)凝固冷却材料准备：以普通石英砂为原料，经过筛选按照不同粒度配比均匀混合，得到凝固冷却材料；
[0007](2)凝固冷却材料填充：将凝固冷却材料填充在模壳与砂箱壁之间；
[0008](3)模壳装炉和抽真空处理：模壳经预热处理后放入真空感应熔炼炉中，抽真空至真空度≤1.0Pa；
[0009](4)母合金熔化及铸造试棒浇注：当真空度≤1.0Pa时开始熔化K4750母合金，然后将合金熔体温度提高至1390℃～1480℃并浇注至模壳中，即制备出具有细小等轴晶晶粒的铸造试棒。
[0010]按重量百分含量计，所述K4750铸造母合金的化学成分如下：
[0011]C 0.08～0.13％，Cr 18.00～21.00％，W 2.70～5.00％，Mo 1.00～2.50％，Al 0.80～1.50％，Fe 4.00～5.00％，B 0.005～0.012％，Nb 1.00～2.00％，Ti 2.40～3.20％，Ni为余量。
[0012]步骤(1)中，不同粒度的石英砂混合时，按重量百分含量计，粒度在Φ3mm～Φ4mm的石英砂占10％～20％，粒度在Φ2mm～Φ3mm的石英砂占20％～30％，粒度在Φ1mm～Φ
2mm的石英砂占50％～60％。
[0013]步骤(2)石英砂填充过程中，要求模壳与砂箱壁之间宽度为60mm～80mm，在重力方向每填充50mm～80mm需挤压一次，保证石英砂填充密实。
[0014]步骤(3)中，模壳的预热处理过程为：将装有模壳和石英砂的砂箱放入热处理炉中，从室温缓慢随炉升温至800℃～950℃，并在800℃～950℃保温3h～5h。
[0015]本专利技术方法所制备的K4750铸造试棒的晶粒为等轴晶，平均晶粒尺寸≤300μm。
[0016]本专利技术设计原理及有益效果如下：
[0017]本专利技术采用普通石英砂作为合金熔体凝固过程的冷却材料，根据石英砂粒度按照固定配比均匀混合后，填充在宽度为60mm～80mm的模壳与砂箱壁之间，在800℃～950℃预热保温处理后装入真空感应熔炼炉中，抽真空处理使真空度≤1.0Pa后开始熔化母合金，提高真空感应熔炼炉功率使合金熔体温度达到1390℃～1480℃，然后将合金熔体浇注到模壳中时，模壳周围的石英砂能够控制合金在凝固过程的冷却速率，再加上控制模壳预热温度和合金熔体浇注温度，能够保证铸造试棒的良好充型、晶粒形状为等轴晶、平均晶粒尺寸≤300μm。
附图说明
[0018]图1为实施例1中已装入模壳和石英砂的砂箱。
[0019]图2为对比例3中采用保温棉包裹模壳的照片。
[0020]图3为实施例1和对比例1
‑
3中铸造试棒的宏观晶粒组织形貌。
[0021]图4为实施例1和对比例1
‑
3中铸造试棒晶粒组织的金相照片。
具体实施方式
[0022]为了进一步理解本专利技术，以下结合实例对本专利技术进行描述，但实例仅为对本专利技术的特点和优点做进一步阐述，而不是对本专利技术权利要求的限制。
[0023]本专利技术提供一种细化K4750镍基高温合金铸造试棒等轴晶晶粒的方法，该方法的工艺流程为：凝固冷却材料筛选和混合
→
凝固冷却材料填充
→
模壳预热处理
→
模壳装炉和抽真空处理
→
母合金熔化
→
铸造试棒浇注
→
晶粒检验；其中：该方法的凝固冷却材料为普通石英砂，经筛选后按固定配比均匀混合，填充在模壳和砂箱壁之间，要求模壳与砂箱壁之间宽度为60mm～80mm，然后在800℃～950℃温度下预热处理，之后移入真空感应熔炼炉中，抽真空处理使真空度≤1.0Pa，熔化母合金并提高合金熔体温度至1390℃～1480℃，将合金熔体浇注至模壳中制备出铸造试棒，通过金相分析检验试棒晶粒的形状和尺寸。
[0024]本专利技术方法具体包括如下步骤：
[0025](1)凝固冷却材料筛选和混合：该方法的凝固冷却材料为普通石英砂，它的主要成分是SiO2，根据石英砂粒度按照如下配比进行均匀混合：粒度在Φ3mm～Φ4mm的石英砂配置10％～20％，粒度在Φ2mm～Φ3mm的石英砂配置20％～30％，粒度在Φ1mm～Φ2mm的石英砂配置50％～60％。
[0026](2)凝固冷却材料填充：普通石英砂填充在模壳与砂箱壁之间，模壳与砂箱壁之间宽度为60mm～80mm，石英砂填充过程中，在重力方向每填充50mm～80mm需挤压一次，保证石英砂填充密实。
[0027](3)模壳预热处理：将装有模壳和石英砂的砂箱放入热处理炉中，从室温缓慢随炉升温至800℃～950℃，并在800℃～950℃保温处理3h～5h。
[0028](4)模壳装炉和抽真空处理：将经过预热处理的装有模壳和石英砂的砂箱移入真空感应熔炼炉中，关闭炉门进行抽真空处理，使真空感应熔炼炉的真空度≤1.0Pa。
[0029](5)母合金熔化处理：当真空感应熔炼炉真空度≤1.0Pa时，对感应线圈送电，使母合金完全熔化，得到合金熔体。
[0030](6)铸造试棒浇注：母合金全部熔化后，提高真空感应熔炼炉功率，使合金熔体温度达到1390℃～1480℃，然后将合金熔体浇注至模壳中，浇注完成后感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种细化K4750镍基高温合金铸造试棒等轴晶晶粒的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)凝固冷却材料准备：以普通石英砂为原料，经过筛选按照不同粒度配比均匀混合，得到凝固冷却材料；(2)凝固冷却材料填充：将凝固冷却材料填充在模壳与砂箱壁之间；(3)模壳装炉和抽真空处理：模壳经预热处理后放入真空感应熔炼炉中，抽真空至真空度≤1.0Pa；(4)母合金熔化及铸造试棒浇注：当真空度≤1.0Pa时开始熔化K4750母合金，然后将合金熔体温度提高至1390℃～1480℃并浇注至模壳中，即制备出具有细小等轴晶晶粒的铸造试棒。2.按权利要求1所述的细化K4750镍基高温合金铸造试棒等轴晶晶粒的方法，其特征在于：按重量百分含量计，所述K4750铸造母合金的化学成分如下：C 0.08～0.13％，Cr 18.00～21.00％，W 2.70～5.00％，Mo 1.00～2.50％，Al0.80～1.50％，Fe 4.00～5.00％，B 0.005～0.012％，Nb 1.00～2.00％，Ti 2.40～3.20％，Ni为余...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧美琼，马颖澈，张龙，王旻，丁磊磊，刘奎，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：