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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410667301.X(22)申请日 2014.11.21B23P 15/00(2006.01)B21C 37/04(2006.01)B22D 23/02(2006.01)B22D 27/15(2006.01)(71)申请人 西安邦信特种金属材料科技有限公司地址 710000 陕西省西安市高新区锦业路1号都市之门B座第1幢1单元9层10904 号房(72)发明人 高文红 李麦海 庞继明 王红玲高建华 丁旭 安琪 许曼琴陈隆阳(54) 发明名称一种高温合金管坯的制备方法(57) 摘要本发明公开了一种高温合金管坯的制备方法，其特征是：其。
2、工艺步骤为：（1）空心锭模：通过相关模具设计和制造可浇铸出不同规格空心铸锭 ；（2）真空底注技术 ：在真空状态下采用底注技术浇注铸锭可获得无气孔、缩孔等冶金缺陷的铸锭 ；（3）空心棒坯机加 ：空心棒坯机加有效提高钻孔的机加效率，提高材料的利用率 ；（4）热挤压成型 ：管坯挤压比控制在 8.0 14.5 之间，可根据挤压的管坯选择空心铸锭的规格 , 确保管坯顺利挤出。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书5页(10)申请公布号 CN 104476128 A(43)申请公布日 2015.04.01CN 104476128 A1/1 页2。
3、1.一种高温合金管坯的制备方法，其特征是 ：其工艺步骤为 ：（1）空心锭模 ：通过相关模具设计和制造可浇铸出不同规格空心铸锭 ；（2）真空底注 ：在真空状态下，采用底注浇注铸锭可获得无气孔、缩孔等冶金缺陷的铸锭；（3）空心棒坯机加 ：空心棒坯机加有效提高钻孔的机加效率，提高材料的利用率 ；（4）热挤压成型 ：管坯挤压比控制在 8.0 14.5 之间，可根据挤压的管坯选择空心铸锭的规格，确保管坯顺利挤出。2.根据权利要求1所述的一种高温合金管坯的制备方法，其特征是 ：步骤（2）底注技术包含顶注技术以及在环境发生变化情况包括大气下底注和顶注。权 利 要 求 书CN 104476128 A1/5 页。
4、3一种高温合金管坯的制备方法技术领域0001 本发明属于管材制备领域，特别涉及高温合金管坯制备技术。背景技术0002 高温合金材料具有高温下抗氧化性、抗腐蚀性和抗压性能好等优点，尤其是镍基高温合金管材，使用温度高达 700左右，广泛应用于航空航天飞行器、燃气涡轮机、火箭发动机、核反应堆、石油化工等重要的国防、国民经济重要领域。但高温合金管材的加工难度却的十分困难，尤其是其管坯的制备过程难度更大，存在的主要技术问题有 ：（1）高温合金材料的热加工变形温度范围窄，材料强度高，材料流动性差，由铸锭到棒材锻造过程中热加工难度大，成材率低 ；（2）高温合金材料强度高机械加工难度大，导致生产效率低，材料浪。
5、费大 ；（3）高温合金棒材钻孔难度更大，受材料硬度、钻头冷却和排屑不畅限制，钻头损耗快，易折断导致整根棒坯报废。由此可见，高温合金管坯制备过程加工难度大，材料利用率低。因此，在高温合金管坯制备过程中如何选择一个合理有效的制备工艺，提高材料利用率、降低机械加工难度、降低生产成本和提高劳动效率是高温合金管材制备过程的主要技术问题。发明内容0003 本发明的目的是解决现有高温合金管材在管坯制备过程中存在的技术问题，改进管坯制备技术，提供一种生产效率高、成材率高、成本低和产品质量好的高温合金管坯。0004 本发明高温合金管坯制备技术，包括空心锭模模具、底注技术和真空浇注。0005 本发明高温合金管坯制。
6、备方法主要步骤是 ：（1）空心锭模 ：采用空心锭模一次性浇铸空心棒坯，提高材料利用率和生产效率 ；（2）底注技术 ：高温合金熔液自下而上充满定充型，充型平稳，型腔内残余气体顺利排出，同时降低液态高温合金对锭模的冲击，确保空心锭表面无气孔、缩孔等冶金缺陷和提高锭模使用寿命 ；（3）真空浇注 ：在真空状态下，高温合金熔液易于充填锭模，确保良好的充填效果 ；（4）空心棒坯机加 ：棒坯在钻孔时，可有效冷却钻头，提高了钻孔效率和降低了钻头的损耗，大幅提高了钻孔的成品率 ；（5）热挤压成型 ：采用热挤压成型方法，通过挤压变形破碎铸态疏松组织，提高材料的加工性能和致密度。0006 本发明具有生产效率高，成材。
7、率高和劳动强度低等优点，空心棒坯制作过程生产效率提高 300% 以上，打孔钻头使用寿命提高了 200% 以上，材料利用率提高了 30% 以上，成本大幅下降，能够实现高温合金管材批量化、高效率、成材率高、低成本和生产周期短的生产需求。具体实施方式说 明 书CN 104476128 A2/5 页40007 实施例 1 ：高温合金 C-276 管坯 7010mm 制备方法高温合金熔炼工艺 ：1.1 选料 ：工业原料选用杂质含量低的优质牌号，以确保原料带入的有害杂质元素最少，主要原料有电解镍（Ni9990），金属铬（JCr99-A），NiW60，FeMo60-A。原材料在冶炼前经过清洗去污，除氧化物和。
8、杂物，对于电解镍（Ni9990），金属铬（JCr99-A），NiW60，FeMo60-A的原料在 100 150电炉中进行 5 8 小时烘干预热处理。经过预热处理的原材料必须在 3 小时以内装炉。0008 1.2 装炉 ：将配好的高温合金原材料，根据原材料的熔点、密度、易氧化程度和加入量等情况依次装入 500kg 真空感应炉的感应坩埚中，将 NiW60、FeMo60-A、部分电解镍和金属铬装入感应坩埚中约 300kg，剩余 200kg 原料装入 2 个料桶中以便加料。0009 1.3 锭模和导流槽加热 ：将安装好锭模和导流槽放入电炉中加热，确保熔炼结束前 1 小时，导流槽达到 800 1000。
9、，锭模达到 500 600。0010 1.4 冶炼工艺1.4.1 抽真空 ：装完料随即合上炉盖，先开始抽真空，当真空度 5Pa 时，可进行小功率送电 ；1.4.2 熔化 ：当真空度 1Pa 时，开始以 80KW 功率送电 15 分钟，随后增大功率至 150KW送电 5 分钟，最后以 200KW 大功率送电直至熔清。炉料开始熔化时注意观察炉内情况，可采取及时倾动感应坩埚防止炉料“架桥”，确保炉料自动缓慢下沉和熔化 ；根据熔炼情况可通过加料仓将剩余的两桶料依次加入，直至炉料完全熔化即熔清 ；1.4.3 精炼 ：当炉料熔清后继续大功率送电，并不断倾动感应坩埚 2 5 次，直到温度达到 1500 16。
10、00时，降低功率至 100KW 并在此温度下保持 30 50 分钟，同时确保精炼期真空度 1.0Pa。精炼期结束后即可停电，进行降温结膜。与此同时，将加热好的导流槽和锭模分别装如溜槽室和锭模室，打开两腔室的真空机组抽真空 ；1.4.4浇注 ：观察炉内熔池液面结膜状况，大约2030分钟，送电功率调至200KW升温同时搅拌熔液，当熔液温度达到14001450时，调整送电功率至100KW，调整温度准备浇注。与此同时观察溜槽室和锭模室当真空度 2.0Pa 后，打开溜槽室和锭模室、锭模室和熔炼室之间隔板阀，导流槽输送到浇注位置等待浇注。浇注过程中功率调至60100KW，浇注后导流槽返回流槽室，依次关闭锭。
11、模室和熔炼室、溜槽室和锭模室之间隔板阀。锭模在锭模室内保留 30 60 分钟后破空取出，等锭模温度在大气中降到 700以下时方可开始脱模，脱模后的空心棒坯直径为 200mm，内孔直径 40mm，长度约为 1000mm，共两支。0011 1.5 棒坯锯切 ：将空心棒坯放在锯床或者砂轮切割机上按照 500mm 长度下料。0012 1.6 棒坯机加 ：简单处理空心棒坯表面质量较差，以外圆为基准固定在车床上，按照空心锭内孔直径选用钻头粗加工内孔两次后内孔直径达到 51.5 51.6mm，选镗刀对内孔精加工，镗刀直径比内孔直径大 0.3mm，最终获得光滑内孔直径为 51.7 52.0mm。以内孔为基准机。
12、加外圆，经过三次机加后确保表面光滑获得外径为 185.0 186.0mm，并对棒坯端面进行机加车光平整。0013 1.7 棒坯包覆 ：选用铁皮将空心棒坯表面包覆，内孔用铁管并固定好，外层包覆的铁皮不允许脱落。0014 1.8 棒坯加热 ：将包覆好的棒坯送进电炉加热，加热温度为 105010，保温 90说 明 书CN 104476128 A3/5 页5分钟。0015 1.9 挤压成型 ：选用 3000T 的卧室挤压机，在挤压筒和挤压针上涂抹好石墨和二硫化钼混合物的润滑剂，将加热的棒坯塞入挤压筒内，挤压速度控制在80100mm/s,挤压比为 12.45，可制得 7010mm 的管坯，挤压出的管坯经。
13、过矫直机热矫直。0016 1.10 除皮、修磨和包装 ：管坯表面包覆的铁皮经盐酸酸洗除去内外表面包覆的铁皮，酸洗后用清水冲洗管材内外表面确保内外表面无铁皮残留 ；检查管坯表面，对个别出现缺陷采用刮刀修磨后包装。0017 实施例 2 ：高温合金 GH3030 管坯 506mm 制备方法高温合金熔炼工艺 ：2.1 选料 ：工业原料选用杂质含量低的优质牌号，以确保原料带入的有害杂质元素最少，主要原料有电解镍（Ni9990），金属铬（JCr99-A），TiNi55 和 AlFe20。原材料在冶炼前经过清洗去污，除氧化物和杂物，对于电解镍（Ni9990），金属铬（JCr99-A）的原料在 120电炉中进。
14、行6小时烘干预热处理，原料TiNi55和AlFe20在80电炉中进行12小时烘干预热处理。经过预热处理的原材料必须在 3 小时以内装炉。0018 2.2 装炉 ：将配好的高温合金原材料，根据原材料的熔点、密度、易氧化程度、挥发性和加入量等情况依次装入 500kg 真空感应炉的感应坩埚中，将电解镍和金属铬装入感应坩埚中约 300kg，剩余 200kg 原料装入 2 个料桶中以便加料，TiNi55 和 AlFe20 单独装入合适的料桶等待合金化时加入。0019 2.3 锭模和导流槽加热 ：将安装好锭模和导流槽放入电炉中加热，确保熔炼结束前 1 小时，导流槽达到 800 1000，锭模达到 500 。
15、600。0020 2.4 冶炼工艺2.4.1 抽真空 ：装完料随即合上炉盖，先开始抽真空，当真空度 5Pa 时，可进行小功率送电 ；2.4.2 熔化 ：当真空度 1Pa 时，开始以 80KW 功率送电 15 分钟，随后增大功率至 150KW送电 5 分钟，最后以 200KW 大功率送电直至熔清。炉料开始熔化时注意观察炉内情况，可采取及时倾动感应坩埚防止炉料“架桥”，确保炉料自动缓慢下沉和熔化 ；根据熔炼情况可通过加料仓将剩余的两桶料依次加入，直至炉料完全熔化即熔清 ；2.4.3 精炼 ：当炉料熔清后继续大功率送电，并不断倾动感应坩埚 2 5 次，直到温度达到14001500时，降低功率至100。
16、KW并在此温度下保持50分钟，同时确保精炼期真空度 1.0Pa。精炼期结束后即可停电，进行降温结膜 ；2.4.4 合金化 ：合金化期防止温度过高又要考虑铝、钛金属元素在真空下烧损和挥发，先关闭真空感应炉熔炼室真空机组系统，在熔炼室内通入惰性气体氩气到炉内气体压力达到 4000Pa 时合金化开始，以 200KW 大功率送电进行升温，当温度达到 1400 1450时，降低送电功率至 100KW，通过加料仓缓慢加入 TiNi55、AlFe20 中间合金，然后搅拌熔池同时倾动感应坩埚45次，尽量使感应坩埚内不同部位的合金成分均匀，510分钟后停电降温进行冷处理。与此同时，将加热好的导流槽和锭模分别装入。
17、溜槽室和锭模室后，打开溜槽室和锭模室的真空机组抽真空，确保在 20 分钟以内两室真空度 3Pa ；2.4.5 浇注 ：观察炉内熔池液面结膜状况，大约 20 30 分钟，送电功率调至 200KW 升温同时搅拌熔液，当熔液温度达到14001450时，调整送电功率至100KW，调整温度准备说 明 书CN 104476128 A4/5 页6浇注。与此同时观察溜槽室和锭模室当真空度 3Pa 后，打开溜槽室和锭模室、锭模室和熔炼室之间隔板阀，导流槽输送到浇注位置等待浇注。浇注过程中功率调至60100KW，浇注后导流槽返回流槽室，依次关闭锭模室和熔炼室、溜槽室和锭模室之间隔板阀。锭模在锭模室内保留 30 6。
18、0 分钟后破空取出，等锭模温度在大气中降到 700以下时方可开始脱模，脱模后的空心棒坯直径为 200mm，内孔直径 30mm，长度为 1000mm，共两支。0021 2.5 棒坯锯切 ：将空心棒坯放在锯床或者砂轮切割机上按照 500mm 长度下料。0022 2.6 棒坯机加 ：简单处理空心棒坯表面质量较差，以外圆为基准固定在车床上，按照空心锭内孔直径选用钻头粗加工内孔两次后内孔直径达到 37.2 37.5mm，选镗刀对内孔精加工，镗刀直径比内孔直径大 0.3mm，最终获得光滑内孔直径为 37.5 37.8mm。以内孔为基准机加外圆，经过三次机加后确保表面光滑获得外径为 185 186mm，并对。
19、棒坯端面进行机加车光平整。0023 2.7 棒坯包覆 ：选用铁皮将空心棒坯表面包覆，内孔用铁管并固定好，外层包覆的铁皮不允许脱落。0024 2.8 棒坯加热 ：将包覆好的棒坯送进电炉加热，加热温度为 90010，保温 90 分钟。0025 2.9挤压成型 ：选用3000T的卧室挤压机，挤压筒预热温度400500，在挤压筒和挤压针上涂抹好石墨和二硫化钼混合物的润滑剂，将加热的棒坯塞入挤压筒内，挤压速度控制在80100mm/s,挤压比为12.45，可制得7010mm的管坯，挤压出的管坯经过矫直机热矫直。0026 2.10 除皮、修磨和包装 ：管坯表面包覆的铁皮经盐酸酸洗除去内外表面包覆的铁皮，酸洗。
20、后用清水冲洗管材内外表面确保内外表面无铁皮残留 ；检查管坯表面，对个别出现缺陷采用刮刀修磨后包装。0027 实施例 3 ：高温合金 Inconel718 管坯 8012mm 制备方法3.1选料：工业原选用杂质含量低的优质牌号，以确保原料带入的有害杂质元素最少，主要原料有电解镍（Ni9990），金属铬（JCr99-A），FeNb50-A，FeMo70，TiNi55 和AlFe20。原材料在冶炼前经过清洗去污，除氧化物和杂物，对于电解镍（Ni9990）、金属铬（JCr99-A）、FeNb50-A和FeMo70原料在120电炉中进行6小时烘干预热处理，原料TiNi55和 AlFe20 在 80电炉中。
21、进行 12 小时烘干预热处理。经过预热处理的原材料必须在 3 小时以内装炉。0028 3.2 装炉 ：将配好的高温合金原材料，根据原材料的熔点、密度、易氧化程度、挥发性和加入量等情况依次装入 500kg 真空感应炉的感应坩埚中，将 FeNb50-A，FeMo70、部分电解镍和金属铬装入感应坩埚中约 300kg，剩余 200kg 原料装入 2 个料桶中以便加料，TiNi55和 AlFe20 单独装入合适的料桶等待合金化时加入。0029 3.3 锭模和导流槽加热 ：将安装好锭模和导流槽放入电炉中加热，确保熔炼结束前 1 小时，导流槽达到 800 1000，锭模达到 500 600。0030 3.4。
22、 冶炼工艺3.4.1 抽真空装完料随即合上炉盖，先开始抽真空，当真空度 5Pa 时，可进行小功率送电 ；3.4.2 熔化 ：当真空度 1Pa 时，开始以 80KW 功率送电 15 分钟，随后增大功率至 150KW说 明 书CN 104476128 A5/5 页7送电 5 分钟，最后以 200KW 大功率送电直至熔清。炉料开始熔化时注意观察炉内情况，可采取及时倾动感应坩埚防止炉料“架桥”，确保炉料自动缓慢下沉和熔化 ；同时，可通过加料仓将剩余的两桶料依次加入，直至炉料完全熔化即熔清 ；3.4.3 精炼 ：当炉料熔清后继续大功率送电，并不断倾动感应坩埚 2 5 次，直到温度达到 1500 1600。
23、时，降低功率至 100KW 并在此温度下保持 30 50 分钟，同时确保精炼期真空度 1.0Pa。精炼期结束后即可停电，进行降温结膜 ；3.4.4 合金化 ：合金化期防止温度过高又要考虑铝、钛金属元素在真空下烧损和挥发，先关闭真空感应炉真空机组系统，在炉内通入惰性气体氩气到炉内气体压力达到 3000 5000Pa 时合金化开始，以 200KW 大功率送电进行升温，当温度达到 1450 1500时，降低送电功率至 100KW，通过加料仓缓慢加入 TiNi55 ，AlFe20 中间合金，然后搅拌熔池同时倾动感应坩埚45次，尽量使感应坩埚内不同部位的合金成分均匀，510分钟后停电降温进行冷处理。与此。
24、同时，将加热好的导流槽和锭模分别装入溜槽室和锭模室后，打开溜槽室和锭模室的真空机组抽真空，确保在 20 分钟以内两室真空度 3Pa ；3.4.5 浇注 ：观察炉内熔池液面结膜状况，大约 20 30 分钟，送电功率调至 200KW 升温同时搅拌熔液，当熔液温度达到14001450时，调整送电功率至100KW，调整温度准备浇注。与此同时观察溜槽室和锭模室当真空度 3Pa 后，打开溜槽室和锭模室、锭模室和熔炼室之间隔板阀，导流槽输送到浇注位置等待浇注。浇注过程中功率调至60100KW，浇注后导流槽返回流槽室，依次关闭锭模室和熔炼室、溜槽室和锭模室之间隔板阀。锭模在锭模室内保留 30 60 分钟后破空。
25、取出，等锭模温度在大气中降到 700以下时方可开始脱模，脱模后的空心棒坯直径为 230mm，内孔直径 50mm，长度为 1500mm 的空心棒坯一支。0031 3.5 棒坯锯切 ：将空心棒坯放在锯床或者砂轮切割机上按照 500mm 长度下料。0032 3.6 棒坯机加 ：简单处理空心棒坯表面质量较差，以外圆为基准固定在车床上，按照空心锭内孔直径选用钻头粗加工内孔两次后内孔直径达到 57.5 57.8mm，选镗刀对内孔精加工，镗刀直径比内孔直径大 0.3mm，最终获得光滑内孔直径为 57.7 58.0mm。以内孔为基准机加外圆，经过三次机加后确保表面光滑获得外径为 218.0 219.0mm，并。
26、对棒坯端面进行机加车光平整。0033 3.7 棒坯包覆 ：选用铁皮将空心棒坯表面包覆，内孔用铁管并固定好，外层包覆的铁皮不允许脱落。0034 3.8 棒坯加热 ：将包覆好的棒坯送进电炉加热，加热温度为 100010，保温 100分钟。0035 3.9挤压成型 ：选用3000T的卧室挤压机，挤压筒预热温度400500，在挤压筒和挤压针上涂抹好石墨和二硫化钼混合物的润滑剂，将加热的棒坯塞入挤压筒内，挤压速度控制在80100mm/s,挤压比为13.53，可制得8012mm的管坯，挤压出的管坯经过矫直机热矫直。0036 3.10 除皮、修磨和包装 ：管坯表面包覆的铁皮经盐酸酸洗除去内外表面包覆的铁皮，酸洗后用清水冲洗管材内外表面确保内外表面无铁皮残留 ；检查管坯表面，对个别出现缺陷采用刮刀修磨后包装。说 明 书CN 104476128 A。