【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高温合金制造领域，具体涉及一种采用真空自耗重熔冶炼工艺制备低偏析、高均质化镍基高温合金的方法及制品。
技术介绍
1、高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，具有优异的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，又被称为“超合金”。
2、高温合金是电力能源、航空航天、国防科技等领域的关键核心材料。目前大多数高品质高温合金都采用双联或三联熔炼工艺进行冶炼。在多联熔炼工艺中，真空自耗重熔冶炼是一种重要的用于生产高品质高温合金的二次熔炼工艺。但由于高温合金的合金化程度高、成分复杂，高温合金在真空自耗冶炼过程中容易出现成分不均匀现象，易于出现黑斑这种典型偏析缺陷。该缺陷不能通过均匀化工艺消除，其显著降低了材料的韧性、屈服强度和持久性能，导致材料报废，严重影响了产品质量与成材率。因此，减轻高温合金真空自耗铸锭的黑斑偏析缺陷，制备出高均质化的高温合金铸锭对高品质高温合金的制造及发展具有重要作用。
3、目前研究表明高温合金真空自耗铸锭的头部及尾部，尤其头部（即冒口端）容易出现黑斑偏析问题，其主要原因在于随着冶炼的进行结晶器底板的冷却效果减弱，铸锭头部合金的局部凝固时间变长，合金凝固偏析增大。在冶炼过程中，自耗铸锭黑斑的形成主要受到冶炼熔速、氦气压力等多种因素的影响。目前有关技术及专利技术对真空自耗铸锭黑斑偏析问题的改善开展了部分研究工作，但所做研究工作及取得的效果还存在一定不足。
4、中国专利cn 11589647
5、中国专利cn 116287744 a提出：采用纯度大于99.999%的压缩低温液氦替代常用的瓶装氦气，并且使用大流量氦气使其适当冲破液态熔池的液封来增强熔池的冷却效果，同时采用稳态阶段逐渐降低冶炼熔速的方式减少热输入来减轻自耗铸锭的黑斑。该方法存在的问题在于：使用大流量氦气冲破液态熔池的液封后会降低冶炼过程的真空度及电弧与熔池的稳定性。电弧及熔池不稳定会增大黑斑的形成概率，也增大了结晶器壁的喷溅物或是锭冠被电弧扫落，其落入金属熔池会增大熔池被污染的风险。同时该专利在整个稳态熔炼阶段逐渐降低熔速会影响生产效率，增大冶炼周期。且整个稳态阶段逐渐降低熔速后，整个稳态阶段的铸锭表面质量会显著降低，增大铸锭的扒皮量，减少成材率。
6、同样，其他各类公开发表的技术文献均未在有效解决真空自耗铸锭偏析问题的同时不影响冶炼过程稳定性及凝固铸锭质量。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，解决高温合金真空自耗铸锭的黑斑偏析问题，制备出高均质化高温合金铸锭，本专利技术的技术方案如下：
2、一方面，本专利技术提供了一种高均质化镍基高温合金的制备方法，其包括：通过真空自耗重熔冶炼工艺制备镍基高温合金自耗铸锭，真空自耗重熔冶炼工艺包括起弧阶段、稳态熔炼阶段和热封顶阶段，其中：
3、在起弧阶段，电流控制为4.0～8.0ka，电压控制为22.0～24.0v；
4、在稳态熔炼阶段，向自耗炉中充入惰性气体，惰性气体采用压力控制，在稳态熔炼前期，熔速保持稳定，在稳态熔炼后期，开始降低熔速，熔速控制为3.0～4.5kg/min，熔滴数控制为3～10 1/s；
5、在热封顶阶段，惰性气体采用流量控制，熔速控制为1.5～4.0kg/min，熔滴数控制为10～18 1/s；
6、热封顶阶段结束后，真空冷却后出炉，获得镍基高温合金自耗铸锭。
7、根据本专利技术的一个实施例，真空自耗重熔冶炼工艺包括：将自耗电极放入自耗炉中，关闭炉门，开始抽真空，当真空度<0.10pa，漏率<0.10pa/min时，开始送电熔炼，进入起弧阶段。
8、根据本专利技术的一个实施例，在稳态熔炼阶段，充入的惰性气体的最大压力范围为400~800pa。
9、根据本专利技术的一个实施例，在稳态熔炼阶段，熔滴数控制为6.5～8.5 1/s。
10、根据本专利技术的一个实施例，在稳态熔炼后期，距离铸锭顶部1/4～1/3高度位置，开始降低熔速。
11、根据本专利技术的一个实施例，在稳态熔炼后期，熔速下降范围为0.3～0.7kg/min。
12、根据本专利技术的一个实施例，在热封顶阶段，惰性气体流量控制为0.05~0.12l/min。
13、根据本专利技术的一个实施例，在热封顶前期，惰性气体流量控制为0.08~0.12l/min，在热封顶后期，惰性气体流量控制为0.05~0.08l/min。
14、根据本专利技术的一个实施例，在热封顶后期，冶炼时间为40~60min。
15、另一方面，本专利技术提供了一种高均质化镍基高温合金，其采用以上所述的制备方法制备而成。
16、采用上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：
17、本专利技术的方法通过系统性优化镍基高温合金真空自耗重熔冶炼工艺来控制铸锭头部热输入及热损失，有效减轻了铸锭头部黑斑缺陷，从而实现了易偏析镍基高温合金自耗铸锭的稳定化生产。本专利技术的方法可减轻镍基高温合金自耗铸锭的黑斑偏析缺陷，制备出高均质化的高温合金铸锭产品，提升镍基高温合金产品质量和成材率。
18、相比于现有技术中提出的在整个稳态熔炼阶段逐渐降低冶炼熔速的方法，本专利技术的方法考虑到自耗铸锭头部出现黑斑的机率最大，且根据现场的黑斑出现位置情况，提出仅在稳态熔炼后期开始降低熔速，减少铸锭头部的热输入及合金局部凝固时间，有效减轻铸锭头部偏析缺陷。相比于现有技术中的方法，本专利技术提出的方法不会显著影响冶炼周期及成本，也不影响铸锭表面质量、扒皮量及成材率。
19、相比于现有技术中提出的通过增大气体流量及氦气压力增大熔池冷却的方法，本专利技术提出在热封顶阶段采用适当的惰性气体流量控制来保证惰性气体对铸锭的冷却效果，同时减轻熔池被惰性气体显著冲破的现象。这是因为在热封顶期间，熔速下降，熔池液封状态可能出现变化，如果采用压力控制，充入的惰性气体压力会显著受到熔池液体密封状态的影响，导致热封顶期间惰性气体压力的控制精确度难以保证。而采用惰性气体流量控制则能避免该问题，因此本专利技术在热封顶阶段采用惰性气体流量控制，通过控制惰性气体流量，减轻熔池被其显著冲破的现象，保证充入惰性气体的冷却效果。相比于现有技术中的方法，本专利技术提出的方法减轻了热封顶期间熔池被惰性气体显著冲破的现象，该现象会引起真空度、电弧不稳定、会增大铸锭夹杂、偏析等问题，同时该方法也能使充入的惰性气体起到良好的冷却效果，减轻铸锭头部的偏析倾向。
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1.一种高均质化镍基高温合金的制备方法，其特征在于，包括：通过真空自耗重熔冶炼工艺制备镍基高温合金自耗铸锭，真空自耗重熔冶炼工艺包括起弧阶段、稳态熔炼阶段和热封顶阶段，其中：
2.根据权利要求1所述的高均质化镍基高温合金的制备方法，其特征在于，真空自耗重熔冶炼工艺包括：将自耗电极放入自耗炉中，关闭炉门，开始抽真空，当真空度<0.10Pa，漏率<0.10Pa/min时，开始送电熔炼，进入起弧阶段。
3.根据权利要求1所述的高均质化镍基高温合金的制备方法，其特征在于，在稳态熔炼阶段，充入的惰性气体的最大压力范围为400~800Pa。
4. 根据权利要求1所述的高均质化镍基高温合金的制备方法，其特征在于，在稳态熔炼阶段，熔滴数控制为6.5～8.5 1/s。
5.根据权利要求1所述的高均质化镍基高温合金的制备方法，其特征在于，在稳态熔炼后期，距离铸锭顶部1/4～1/3高度位置，开始降低熔速。
6.根据权利要求1或5所述的高均质化镍基高温合金的制备方法，其特征在于，在稳态熔炼后期，熔速降低范围为0.3～0.7kg/mi
7.根据权利要求1所述的高均质化镍基高温合金的制备方法，其特征在于，在热封顶阶段，惰性气体流量控制为0.05~0.12L/min。
8.根据权利要求7所述的高均质化镍基高温合金的制备方法，其特征在于，在热封顶前期，惰性气体流量控制为0.08~0.12L/min，在热封顶后期，惰性气体流量控制为0.05~0.08L/min。
9.根据权利要求1所述的高均质化镍基高温合金的制备方法，其特征在于，在热封顶后期，冶炼时间为40~60min。
10.一种高均质化镍基高温合金，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备而成。
...【技术特征摘要】
1.一种高均质化镍基高温合金的制备方法，其特征在于，包括：通过真空自耗重熔冶炼工艺制备镍基高温合金自耗铸锭，真空自耗重熔冶炼工艺包括起弧阶段、稳态熔炼阶段和热封顶阶段，其中：
2.根据权利要求1所述的高均质化镍基高温合金的制备方法，其特征在于，真空自耗重熔冶炼工艺包括：将自耗电极放入自耗炉中，关闭炉门，开始抽真空，当真空度<0.10pa，漏率<0.10pa/min时，开始送电熔炼，进入起弧阶段。
3.根据权利要求1所述的高均质化镍基高温合金的制备方法，其特征在于，在稳态熔炼阶段，充入的惰性气体的最大压力范围为400~800pa。
4. 根据权利要求1所述的高均质化镍基高温合金的制备方法，其特征在于，在稳态熔炼阶段，熔滴数控制为6.5～8.5 1/s。
5.根据权利要求1所述的高均质化镍基高温合金的制备方法，其特征在于，在...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐平梅，夏长林，付建辉，蒋世川，
申请(专利权)人：成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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