(smelting of superalloy)通過高溫使組成高溫合金材料的原材料熔融成合金的方法，是高溫合金材料製備工藝之一。
基本介紹
- 中文名：高溫合金冶煉
- 外文名：smelting of superalloy
- 所屬：材料製備
簡介,發展簡史,
簡介
高溫合金材料主要套用於航空和太空飛行器的關鍵部件上，對材料要求較高。另外，高溫合金的組元多，含有大量易氧化元素，對雜質元素和氣體含量要求非常嚴格。因此，在冶煉高溫合金時，必須選用精料，即原料中的硫、磷、鉛、錫、砷、銻、鉍和氣體含量要低，且無銹無油污；原料和輔料都要經過烘烤，保證水分較低；還要選擇合適的冶煉工藝，以保證材料的質量。
發展簡史
20世紀30～40年代，高溫合金材料大多採用電弧爐或非真空感應爐單煉、普通鑄錠工藝。這類冶煉工藝的優點是爐熔批量大，設備費用少，比較經濟，高鹼性渣脫硫效果好，可以使用返回料等。但是大氣熔煉的主要缺點是：合金成分(特別是一些較活潑元素)由於燒損而不易控制；合金的氣體含量較高，脫氧產物大量殘留在鋼中，爐襯和盛鋼桶的耐火材料使合金受到污染；澆注過程中還發生二次氧化，在鋼中形成夾雜、氣泡等缺陷。因此，這類大氣單煉工藝僅在早期低牌號高溫合金(如中國牌號G112036、GH3030、GHll40、GH2132等)曾經採用過。
20世紀50年代以來，由於航空噴氣發動機的發展，對材質提出了較高的要求，廣泛地採用真空冶煉技術。真空感應爐熔煉的主要特點是，冶煉在真空下進行，能嚴格控制合金中的活潑元素(如鋁、鈦等)。真空冶煉創造了良好的去氣條件，合金中的氫、氧、氮和夾雜物的含量低，有害雜質鉛、鉍、砷、銻等在真空中可以揮發，使合金得到提純。GH4049、GHl51(中國)等合金就曾採用此工藝。真空感應爐冶煉也有不足之處：冶煉時使用坩堝，因此耐火材料就成為污染合金的來源。採用普通注錠工藝，鋼錠的縮孔和疏鬆是不可避免的。鋼錠在凝固時結晶緩慢，造成鋼錠內部結晶組織和成分不均，垂直鋼錠表面的結晶組織不利於熱加工。
60年代初，高溫合金材料生產中已大多採用二次重熔工藝。主要的二次重熔設備有電渣爐和真空白耗爐。
二次重熔工藝有電渣重熔和真空白耗重熔等：
(1)高溫合金電渣重熔。是將一次單煉澆注的電極利用電流通過渣層產生電阻熱進行二次熔煉。由於金屬電極呈薄層形式熔化，金屬熔滴與熔渣接觸的比表面特別大，熔池的溫度高達1800℃以上，保證了金屬液與溶渣充分強烈作用，金屬材料被有效地精煉，氣體、雜質和非金屬夾雜物被大量去除。由於結晶器水冷的作用，結晶速度快，減少了偏析。結晶過程中不斷有液態金屬補充，消除了鋼錠中心疏鬆和減小頭部的縮孔。適當調整和控制冶煉工藝，能得到自下而上沿軸向的柱狀晶，可以改善鋼錠的熱加工性，這對於難變形的高溫合金尤為重要。
(2)高溫合金真空自耗重熔。是將一次單煉的電極作為負極置於真空系統中，水冷結晶器作為正極，通以低壓直流電，利用電弧放出的熱量使電極熔化，達到進一步精煉的目的。在電極熔化的同時，金屬液在水冷結晶器內結晶，成為重熔的鋼錠。重熔金屬的純度和鋼錠的結晶組織，基本上與電渣重熔工藝相同，但真空白耗重熔的去氣條件好一些，含鋁、鈦合金的成分均勻性容易保證。根據工廠的設備條件和鋼種特點，有各種不同的雙聯冶煉配合，形成不同的工藝路線。GH3039、GH3044、GH4033、GH2132和GH2135等合金，曾採用電弧爐加真空白耗爐雙聯工藝。GH2036、GH4033、GH2132和GHll40等合金，曾採用電弧爐加電渣爐雙聯工藝。GH2135、GH4049、GH4037和GH2130等合金，採用真空感應爐加電渣爐雙聯工藝。GH4133、G11698、GH220和GH4169等合金，採用真空感應爐加真空白耗爐雙聯工藝。有些高溫合金的技術條件中規定，在冶煉母合金和二次重熔兩個工序中，應有一個工序採用真空冶煉，以達到降低氣體含量。
(3)其他。除上述冶煉工藝外，還有懸浮爐熔煉。真空下用感應加熱，爐料與特製的水冷銅坩堝不接觸，懸浮著熔化和精煉。由於整個熔煉過程不接觸耐火材料，合金的純度特別高。TiAl等金屬間化合物中鋁、鈦元素十分活潑，容易與坩堝的耐火材料起反應，必須採用此工藝冶煉。此外，還有電子束爐熔煉、等離子爐熔煉等新工藝。利用高速電子或等離子轟擊母材產生熱量進行重熔。此類熔煉工藝的真空度較高，又能較好地控制熔化和結晶過程，因此去除氣體、夾雜物及有害雜質的效果比真空白耗重熔好。但是，設備和生產費用較高，易揮發元素的控制等問題尚未完全解決，所以此類工藝在高溫合金中使用得還少。
