一种高温合金返回料的纯净化回收方法

技术领域

本申请涉及合金冶炼技术领域，具体涉及一种高温合金返回料的纯净化回收方法。

背景技术

超合金(高温合金)用于航空发动机或燃气机热端部件，属于关键核心材料，其中使用温度最高的部件一般采用精密铸造的方法加工而成。

精密铸造过程中产生大量浇道、冒口等铸造余料，有缺陷的不合格品零件等，一般这部分合金料经真空重熔后，按照一定比例与全新料进行混合重熔后使用。实践中发现添加返回料使用，会造成零件的性能变差，尤其是持久性能降低、塑性变差。

究其原因主要是精密铸造过程中模壳带入的非金属夹杂物，尤其空腔零件中型芯产生的非金属夹杂物去除不彻底，浇道、冒口凝固过程的夹杂物富集，高温表面氧(氮)化膜等，这些夹杂物在普通真空重熔时未能很好的去除，从而影响材料的性能，造成铸造零件的质量风险。

发明内容

发明目的：针对现有技术中的不足之处，本申请提出一种返回料纯净化回收方法，提高返回料利用率和质量稳定性。

普通熔炼高温合金多次在高温下熔化，过程中发生氧化、氮化、耐火材料的污染等形成夹杂物，严重破坏合金的性能，造成质量缺陷。例如：含铪合金由于铪元素非常活泼很容易与耐火材料及环境中的氧、氮结合，形成氧(氮)化铪夹杂物，而且氧化铪的密度与合金熔体密度接近，很难采用密度差的方法进行去除，而这些夹杂物分布在合金中严重影响合金的性能。

因此：解决返回料利用的核心就是：解决“夹杂物问题”，本专利的工艺方法特点是采用多方位复合方法，降低耐火材料污染、减少低熔点或易挥发有用元素的挥发损失(例如：高温合金中普遍含有的基本元素铝和铬，)的同时，采用气泡上浮的原理，熔渣吸附溶解的原理等，去除返回料中已经存在夹杂物，净化合金熔体，提高返回料的再利用次数。

本专利提出的方法不增加额外的前处理工序成本，金属元素回收率高，纯净化处理效果显著，铝、铬易烧损元素损失少，元素铪、钛等的氧(氮)化物夹杂处理效果明显，尤其对于高价值含铪、铼、高铝、高铬合金的纯净化回收优势明显。

技术方案：本发明所述高温合金返回料的纯净化回收方法，按如下步骤进行：

对返回料进行预处理后，装入坩埚，合炉抽真空，送电熔化，并进行真空精炼；

真空精炼结束后，将熔炼室充入氩气至0.07MPa～1.0MPa继续加热至1600℃～1700℃进行过热处理；

降温至1400℃～1500℃保温，加入自制精炼剂，进行渣洗处理；

保温并采用底部气体扩散器向坩埚内充入氢气混合气体，进行吹气精炼；

保温，停止吹气后，放气、抽真空，进行减压净化；

调整至浇铸温度，将合金注入溜槽进行物理过滤后，注入铸锭模获得合金锭。

具体的，所述的预处理包括：分类、切割、抛丸。

具体的，所述的真空精练为：温度1440±20℃、真空度≤1Pa，保温10～20Min。

具体的，所述的过热处理，时间为1～5min。

具体的，所述的自制精炼剂，主要组成及配比为：按重量份数计，镍钙合金10～30份；萤石30～60份；氯化钙10～30份。以粒度2～4mm的镍钙合金、萤石粉、氯化钙按照上述配比混合均匀，即可制备得到。

具体的，所述镍钙合金，其中Ca占6％，余量为镍。

具体的，所述的氢气混合气体主要组成及含量为：按体积百分数计，氢气10％～30％、氩气70％～90％。

具体的，所述的物理过滤是经过溜槽中的渣池、渣坝、闸板、过滤网。

本发明所述的方法，通过真空精炼、过热处理、物理过滤处理等工序，可以较好的去除真空挥发物，聚集物、漂浮物、吸附夹杂物，在这些净化工艺基础上，本专利所提出的过热处理，其特殊之处在于采用了0.07MPa～1.0MPa正压力氩气环境，有效的减少了合金熔体高温时的坩埚反应带入的污染以及有用元素在高温下真空烧损。

本发明还加入了自制的精炼剂，用于吸附和溶解上浮到熔体液面的非金属夹杂物，避免由于电磁搅拌以及吹气精炼造成上浮的难熔夹杂物重新回到熔体中，同时起到置换、变质等净化效果。

本发明通过底部吹气装置向坩埚内熔体吹入还原性混合气体，进行脱氧同时促进夹杂物上浮，净化合金熔体。吹气精炼结束后，溶解在合金熔体中的氢在第五步减压净化时，气泡优先在夹杂物尖角析出，从而带动夹杂物上浮，进一步净化合金熔体。

有益效果：本发明所述的纯净化回收方法，综合利用了“真空精炼”、“吹气精炼”、”渣洗处理“、“过热处理“、“过滤处理”、“减压净化”协同净化处理，充分有效的保证了处理后的返回料合金洁净度，并且压力气氛下熔炼减少了有用元素的挥发损失以及活泼元素铪、铝、钛等的坩埚反应，从而保证了合金成分准确，过热处理和气体搅拌也进一步促进了合金成分的均匀化和组织细化，减少了有害聚集物的产生。返回料的品质明显提升，降低了返回料使用质量风险，尤其是对于含铪、高铝、高铬等合金处理优势明显。

附图说明

图1为实施例1的HB5406浮渣试验照片。

图2为对比例1的HB5406浮渣试样照片。

图3为普通工艺重熔试样的显微镜浮渣照片。

图4为精炼剂加压工艺重熔试样的显微镜浮渣照片。

具体实施方式

下面通过实施例对本申请的技术方案进行详细说明，但是本申请的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1

本实施例按照以下方法回收返回料：

1、按照常规方法对铸造浇道、冒口、不合格零件进行预处理及称量后装入坩埚。

2、合炉、抽真空，真空度≤1Pa后，送电70kW加热10Min，加大功率至140KW继续送电熔化30Min至温度1440℃。

3、调整功率保温，真空精炼10Min真空度≤1Pa，停泵。

4、充氩气至0.3MPa，调整功率140KW继续升温至1600℃，降低功率保温1Min，停电降温。

5、降温至1440℃，加入配制好的精炼剂(主要组分：镍钙合金20份；

萤石60份；氯化钙20份)，调整功率保温，通过气体扩散器向坩埚内吹入氢气混合气体5min。

6、停止吹气后，开启泄压阀至熔炼室0MPa后抽真空至≤1Pa，装入预热好的带过滤装置的溜槽，加大功率至140KW升温至1480℃，调整功率40KW浇铸。

7、合金冷却至≤300℃后出炉脱模，切割冒口、底塞，两端分别取成分样、氧氮样，棒料毛坯送表面加工后取浮渣实验料。

实施例2

本实施例按照以下方法回收返回料：

1、按照常规方法对铸造浇道、冒口、不合格零件进行预处理及称量后装入坩埚。

2、合炉、抽真空，真空度≤1Pa后，送电80KW加热20Min，加大功率至160KW继续送电熔化40Min至温度1440℃。

3、调整功率保温，真空精炼20Min真空度≤1Pa，停泵。

4、充氩气至0.3MPa，调整功率160KW继续升温至1600℃，降低功率保温5Min，停电降温。

5、降温至1440℃，加入配制好的精炼剂(主要组分：镍钙合金20份；

萤石60份；氯化钙20份)，调整功率保温，通过气体扩散器向坩埚内吹入氢气10min。

6、停止吹气后，开启泄压阀至熔炼室0MPa后抽真空至≤1Pa，装入预热好的带过滤装置的溜槽，加大功率至160KW升温至1480℃，调整功率60KW浇铸。

7、合金冷却至≤300℃后出炉脱模，切割冒口、底塞，两端分别取成分样、氧氮样，棒料毛坯送表面加工后取浮渣实验料。

实施例3(对比例1)

本对比例按照以下常规真空重熔方法回收返回料：

1、按照常规方法对铸造浇道、冒口、不合格零件进行预处理及称量后装入坩埚。

2、合炉抽真空，真空度≤1Pa后，送电70KW加热10Min，加大功率至140KW继续送电熔化30～40Min继续升温熔化至温度1440℃。

3、调整功率保温，真空精炼10Min真空度≤1Pa，降温至结膜温度。

4、装入预热好的带过滤装置的溜槽，大功率140KW升温至1480℃，调整功率40KW浇铸。

5、合金冷却至≤300℃后出炉脱模，切割冒口、底塞，两端分别取成分样、氧氮样，棒料毛坯表面加工后取浮渣实验料。

成分分析结果：单位WT％

从成分分析结果可以看出实施例1、实施例2与返回料重熔前的代表值及对比例1相比氧(氮)含量有明显降低。

实施例1及实施例3(对比例1)的HB5406浮渣试验的照片见图1和图2。浮渣试验也佐证了，实施例1氧(氮)化物夹杂的去除效果明显，同时压力下氩气气氛保护减少了易挥发元素的铝的挥发烧损。

实施例4(对比例2)

本对比例基本步骤与实施例1相同，区别之处在于，未添加本发明所述的自制精炼剂。

通过激光共聚焦显微镜观察，普通重熔回收料试样熔化后表面有较大片状夹杂物漂浮，见图3。采用添加精炼剂的重熔回收料试样熔化后表面仅有较少且细小的球型夹杂物，见图4。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请。