【技术实现步骤摘要】
本专利技术实施例涉及合金冶炼，具体涉及一种k465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法。
技术介绍
1、k465等轴晶铸造高温合金广泛应用于1000℃左右工作的航空发动机涡轮工作叶片、涡轮导向叶片以及其他高温结构件中，成分特点是碳含量较高，合金化程度高，含有w、mo、nb大量难熔元素，随着航空航天技术的快速发展，对定向高温合金的需求量越来越大。但由于浇注系统设计复杂，叶片本身具有一定废品率，导致铸造高温合金零件的材料利用率通常只有10～20％，一些复杂零件的材料利用率甚至低于10％，其余均以废零件、冒口、浇道等返回料的形式存在。我国每年产生大量的返回料，且由于零件浇铸过程中合金熔体与坩埚、型壳等发生反应形成非金属杂质，主要以氧氮复合化合物形式存在于返回料中，导致合金中氧、氮含量大幅增加，必须经过严格的纯净化工艺处理才能考虑回收再利用。国内目前对铸造高温合金返回料的再利用率很低，造成了大量战略性金属资源的严重浪费。
2、k465铸造高温合金返回料中氧、氮等气体杂质含量高，合金中存在较多的难熔非金属夹杂物，如氧化物、氮化物等，采用传统真空感应重熔工艺难以有效去除，这些夹杂物存在于合金中会显著降低室温屈服、高温持久等力学性能。并且随着返回料加入比例和返回次数的增加，感应重熔后显微疏松也逐渐增加。电子束熔炼技术以其高真空度高能量密度等特点，主要应用于难熔金属及合金的冶炼、其净化提纯效率显著高于其他真空熔炼设备，但目前国内尚未采用电子束熔炼技术手段实现铸造高温合金返回料的提纯再利用，而采用真空感应熔炼k465合金夹杂物含量高，纯净
技术实现思路
1、为解决上述提出的k465等轴铸造高温合金废零件、冒口、浇道等返回料中氧、氮等气体杂质含量高，合金中存在较多难熔非金属夹杂物，采用传统真空感应重熔工艺难以有效去除等技术问题，本专利技术提供一种k465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法。本专利技术将k465合金废零件、冒口、浇道等进行喷丸去除表面污染物，进行电子束冷床精炼，利用精炼过程中的高真空度有效促进脱氮作用，并利用熔池局部过热产生的流场及温度场使难熔氧化物及粗大碳化物团聚并上浮，达到返回料深度除杂效果。本专利技术采用的一种k465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法，解决了传统真空感应重熔后返回料气体含量高、难熔夹杂物去除效果不佳的问题，使返回料纯净度达到新料水平，实现k465高温合金返回料的循环再利用，促进航空航天发动机产业的可持续发展。
2、为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
3、一种k465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法，采用电子束冷床熔炼技术，通过精炼过程中高真空度促进脱氮作用，并利用熔池局部过热产生的流场及温度场使难熔氧化物及粗大碳化物团聚并上浮，达到返回料深度除杂效果，解决了传统真空感应重熔后返回料气体含量高、难熔夹杂物去除效果不佳的问题，使返回料纯净度达到新料水平，所述方法包括如下步骤：
4、s1、将k465等轴铸造高温合金返回料切割成合适尺寸，进行喷丸处理去除表面污染物，清洗烘干后得到电子束超纯熔炼用原料；
5、s2、清理炉体后，将所述电子束超纯熔炼用原料放置于水冷铜坩埚中，关闭炉门，开启电子束熔炼设备进行预热和抽真空，使熔炼炉内真空度和电子枪室真空度分别达到要求，并对电子枪灯丝进行预热；
6、s3、灯丝加热至一定温度后，逐步增加电子束熔炼功率，观察水冷铜坩埚中原料开始熔化后，调整扫描路径，使坩埚中原料块全部熔化；
7、s4、保持一定的熔炼功率及束斑尺寸，匀速移动电子束斑，以一定的扫描路径进行返回料精炼，通过流场搅拌作用及温度场梯度促进难熔夹杂物及粗大碳化物聚集并上浮至束斑辐照处；
8、s5、精炼步骤完成后，将电子束斑靠近坩埚边缘区域，逐步降低熔炼功率及束斑尺寸，使熔池范围缓慢缩小，熔体逐步凝固，最终在电子束斑停留位置完全凝固，得到富集夹杂物的最后凝固区；
9、s6、炉体电子枪室及铸锭冷却后，取出水冷铜坩埚内铸锭，切除最后凝固区，获得超纯k465等轴高温合金返回料电子束合金锭。
10、进一步地，步骤s4中，精炼步骤中，所述电子束熔炼功率为20～30kw。
11、进一步地，步骤s4中，精炼步骤中，所述电子束精炼时间为20～30min。
12、进一步地，步骤s4中，所述电子束束斑直径范围在30～50mm，所述扫描路径需覆盖熔体面积达到80％以上。
13、进一步地，步骤s3中，灯丝阴极加热至2500～2600℃，熔炼功率逐步升高至10～12kw，原料开始熔化，逐步调整扫描路径，遇到大尺寸未熔原料时可适当延长电子束斑辐照时间，直至原料块完全熔化。
14、进一步地，步骤s2中，开启电子束熔炼设备进行预热和抽真空，所述熔炼炉内真空度应达到小于5×10-2pa的要求，所述电子枪室真空度应达到小于1×10-2pa的要求。
15、进一步地，步骤s6中，切除最后凝固区的具体范围包括最后凝固区及其边缘缩孔缺陷部分，切除后获得所述超纯k465等轴高温合金返回料电子束合金锭。
16、本专利技术实施例具有如下优点：
17、1、本专利技术所提供的一种k465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法，创新性地将电子束冷床熔炼技术直接应用于k465高温合金浇道、冒口、废零件等返回料的超纯熔炼，解决了采用传统真空感应重熔手段熔炼后返回料气体含量高、难熔夹杂物去除效果不佳的问题，熔炼后返回料合金锭中氧、氮总含量可降至10(ppm)以下，难熔夹杂物去除率达到85％以上，使返回料纯净度完全达到全新料水平，可实现k465高温合金返回料的循环再利用。
18、2、本专利技术将k465合金废零件、冒口、浇道等进行喷丸去除表面污染物后，采用高能电子束斑轰击k465高温合金返回料使之完全熔化，精炼过程中熔炼室保持高真空度，高真空度促进熔体中脱氮反应的快速进行，并利用熔池局部过热产生的流场及温度场使难熔氧化物及粗大碳化物团聚并上浮，达到返回料深度除杂效果。本专利技术无需进行返回料感应重熔步骤，合金锭内部致密无缩孔疏松，使k465高温合金返回料的超纯熔炼效率大大提高。本专利技术采用的一种k465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法，可实现k465返回料的同级使用要求，有助于提高我国等轴铸造高温合金返回料的回收利用率。
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1.一种K465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法，其特征在于，采用电子束冷床熔炼技术，通过精炼过程中高真空度促进脱氮作用，并利用熔池局部过热产生的流场及温度场使难熔氧化物及粗大碳化物团聚并上浮，达到返回料深度除杂效果，解决了传统真空感应重熔后返回料气体含量高、难熔夹杂物去除效果不佳的问题，使返回料纯净度达到新料水平，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的K465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法，其特征在于，步骤S4中，精炼步骤中，所述电子束熔炼功率为20～30kW。
3.根据权利要求1所述的K465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法，其特征在于，步骤S4中，精炼步骤中，所述电子束精炼时间为20～30min。
4.根据权利要求1所述的K465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法，其特征在于，步骤S4中，所述电子束束斑直径范围在30～50mm，所述扫描路径需覆盖熔体面积达到80％以上。
5.根据权利要求1所述的K465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法，其特征在于，步骤S3中，灯丝阴极加热至2400～2600℃，熔炼功率逐步升高至10
6.根据权利要求1所述的K465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法，其特征在于，步骤S2中，开启电子束熔炼设备进行预热和抽真空，所述熔炼炉内真空度应达到小于5×10-2Pa的要求，所述电子枪室真空度应达到小于1×10-2Pa的要求。
7.根据权利要求1所述的K465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法，其特征在于，步骤S6中，切除最后凝固区的具体范围包括最后凝固区及其边缘缩孔缺陷部分，切除后获得所述超纯K465等轴高温合金返回料电子束合金锭。
...【技术特征摘要】
1.一种k465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法，其特征在于，采用电子束冷床熔炼技术，通过精炼过程中高真空度促进脱氮作用，并利用熔池局部过热产生的流场及温度场使难熔氧化物及粗大碳化物团聚并上浮，达到返回料深度除杂效果，解决了传统真空感应重熔后返回料气体含量高、难熔夹杂物去除效果不佳的问题，使返回料纯净度达到新料水平，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的k465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法，其特征在于，步骤s4中，精炼步骤中，所述电子束熔炼功率为20～30kw。
3.根据权利要求1所述的k465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法，其特征在于，步骤s4中，精炼步骤中，所述电子束精炼时间为20～30min。
4.根据权利要求1所述的k465等轴高温合金返回料的超纯熔炼方法，其特征在于，步骤s4中，所述电子束束斑直径范围在30～50m...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛佳宁，安宁，于海原，李慧威，曹合欢，李重阳，郭宇威，杨帆，高倩，薛轶青，
申请(专利权)人：北京北冶功能材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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