半连续式真空感应炉冶炼镍基高温合金.pdf

《大型铸锻件》 HEAVY CASTING AND F0RGING No．2 March 2012 半连续式真空感应炉 冶炼镍基高温合金 冯兆龙郑晓光 (中国船舶重工集团公司第七二五研究所，河南471027) 摘要：使用VIFL-0．5 t真空感应熔炼炉冶炼INCONEL 718高温合金。实验结果表明选用杂质含量较少、纯 净度较高的氧化镁质坩埚和合理使用返回炉料以及合理选择新配炉料的化学成分，可以将高温合金中的氧含 量控制在0．001 O％以下、氮、氢元素含量控制在0．005％和0．000 3％以下。在真空感应熔炼过程中，充入氩气 保护、合理安排易烧损元素的加入顺序，可以实现在较低的真空度下使铝、钛等易烧损合金元素保持较高的收 得率。 关键词：真空感应熔炼；镍基高温合金；坩埚；真空度；脱氧 中图分类号：TF815 文献标识码：B Ni—base Superalloys Mehed in Semi—continuous Vacuum Induction Furnace Feng Zhaolong，Zhen Xiaoguang Abstract：INCONEL 718 superalloy is smelted in VIFL-0．5 t vacuum induction furnace．The test results shows that the selection of low impurity content，high purity magnesia quality of crucible and the reasonable use of return ma— terials and reasonable selection of new charging chemical composition can make oxygen content of superalloy be con— trolled in the 0．001 0％or less and the nitrogen and hydrogen content be controlled below 0．005％and 0．000 3％re— spectively．In the vacuum induction melting process，through the protection of argon gas filled and reasonable arrange— ments of easy burning elements joining order，aluminum，titanium and other easy burning elements can be maintained in a higher absorptivity． Key words：vacuum induction smelting；Ni—base superalloy；crucible；vacuum degree；deoxidation 半连续式真空感应炉是国内设计思路较为完 整先进的冶炼设备。该设备具有容量大、冶炼状 态下试样提取、添补料、漏钢探测自动报警、专用 钢液搅拌等特点。试样提取系统能充分克服因炉 料配比、秤重过程中可能出现的成分偏差；添补加 料系统提供了保证成分稳定准确的设备基础；漏 钢自动报警系统杜绝了单靠人为方式发现漏炉而 可能导致的冶炼废品和设备事故；专门设计的钢 液搅拌系统充分保证了大容量条件下钢中C—O 反应及脱气、成分的均匀性；测温系统保证了在浇 注时精确控制温度的要求。它本身的工艺装备为 进行合金以及其它高技术要求的合金冶炼提供了 有力保证。 1 高温合金的真空冶金 高温合金是具有特殊物理性能的一类合金， 有除力学特性以外的其它功能，又称热强合金、耐 收稿日期：2011—09—01 作者简介：冯兆龙(1981一)，男，工程师，主要从事金属材料的冶 炼工作。 热合金或超合金。高温合金是制造航空涡轮发动 机的热端部件、航天火箭发动机各种高温部件的 关键材料，也是制造地面燃气轮机、能源、冶金及 化工等工业部门所需高温耐腐蚀部件的材料。高 温合金的研制和生产水平是一个国家金属材料发 展水平的标志之一。因杂质元素对其性能有明显 影响必须得到有效控制，尤其是对能在合金中形 成间隙固溶体的C、N、0、H等元素要求更严格。 根据冶金学的原理可知，真空状态对去除以上几 种有害元素有极大的优越性 j。 1．1真空冶金的一般规律 冶金过程中的各种化学反应，都向平衡态方 向自发进行。对于有气体生成的反应来说，在温 度不变而气体压力变动的情况下，自由能的变化 可用公式表示： AG=nRTlP2／P1 式中n——气体摩尔数； 尺——气体常数； 绝对温度，单位为K； z——炉体体积，单位为m。； 29 No．2 March：2012 《大型铸锻件》 HEAVY CASTING AND FORGING P ，P：——反应始、终态时气体压力，单位 为Pa。 由上式可知，气体的自由能与温度及其摩尔 数成正比，压力的绝对值不起作用，重要的只是气 体始、终态的压力比。在P