本發(fā)明涉及合金熔煉領(lǐng)域，具體地，涉及一種含鎂合金的制備方法。
背景技術(shù)：
金屬鎂是一種銀白色有金屬光澤的金屬，不溶于水、堿液，溶于酸，熔點(diǎn)為648℃，沸點(diǎn)為1107℃，密度為1740kg/m3；在真空感應(yīng)熔煉時(shí)，Mg易揮發(fā)，收得率低，成分控制困難。而眾多的高溫合金中有Mg含量的要求，尤其是GH4133B合金對(duì)Mg元素含量要求為：0.001-0.01重量％，因而給冶煉時(shí)Mg元素含量控制帶來(lái)了困難，急需解決，才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，以創(chuàng)造更多的價(jià)值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種合金熔煉中控制Mg含量的方法，該方法通過(guò)改變Mg的原材料形式，優(yōu)化冶煉、澆注工藝參數(shù)進(jìn)行，提高M(jìn)g含量，保證收得率，可以精確控制成品合金中的Mg含量，進(jìn)而獲得Mg元素含量合格的鋼錠，進(jìn)而生產(chǎn)出合格的高溫合金產(chǎn)品，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種含鎂合金的制備方法，該方法包括如下步驟，
1)將Mg和Ni在熔煉爐中進(jìn)行熔煉，得到鎳鎂合金；
2)將熔煉原料進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，在真空感應(yīng)熔煉出鋼前15-25分鐘內(nèi)，添加步驟1)中得到的鎳鎂合金，并澆注電極；
3)將步驟2)得到的電極進(jìn)行真空自耗重熔。
優(yōu)選地，步驟2)中，相比出鋼時(shí)的鋼水的溫度，添加鎳鎂合金時(shí)的鋼水的溫度高30-50℃
優(yōu)選地，所述鎳鎂合金中的Mg含量為30-50重量％，Ni含量為50-70重量％。
優(yōu)選地，步驟2)中添加的所述鎳鎂合金的用量，使得步驟3)得到的鎳鎂合金中的Mg含量為0.001-0.01重量％。
本發(fā)明還提供了根據(jù)上述方法制備的含鎂合金。
通過(guò)上述技術(shù)方案，能夠精確控制最終得到的含鎂合金中的Mg含量，提高M(jìn)g的收得率。并且可以得到具有良好屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和沖擊功的含鎂合金產(chǎn)品，滿足GH4133B高溫合金的要求。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
以下對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
在本文中所披露的范圍的端點(diǎn)和任何值都不限于該精確的范圍或值，這些范圍或值應(yīng)當(dāng)理解為包含接近這些范圍或值的值。對(duì)于數(shù)值范圍來(lái)說(shuō)，各個(gè)范圍的端點(diǎn)值之間、各個(gè)范圍的端點(diǎn)值和單獨(dú)的點(diǎn)值之間，以及單獨(dú)的點(diǎn)值之間可以彼此組合而得到一個(gè)或多個(gè)新的數(shù)值范圍，這些數(shù)值范圍應(yīng)被視為在本文中具體公開(kāi)。
本發(fā)明提供了一種含鎂合金的制備方法，該方法包括如下步驟，
1)將Mg和Ni在熔煉爐中進(jìn)行熔煉，得到鎳鎂合金；
2)將熔煉原料進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，在真空感應(yīng)熔煉出鋼前15-25分鐘內(nèi)，添加步驟1)中得到的鎳鎂合金，并澆注電極；
3)將步驟2)得到的電極進(jìn)行真空自耗重熔。
根據(jù)本發(fā)明，步驟1)中的熔煉過(guò)程可以采用本領(lǐng)域常規(guī)使用的各種方法，具體的熔煉條件可以為：溫度為1490-1520℃，時(shí)間為30-50分鐘。為了獲得成分均勻，Mg含量穩(wěn)定的鎳鎂合金原材料。所述鎳鎂合金中的Mg含量為30-50重量％，優(yōu)選的情況下，所述鎳鎂合金中的Mg含量為40-50重量％，通過(guò)增加Mg含量，可以減少后期澆注前冷料加入重量，可以更加精確地控制含鎂合金中的Mg含量。
具體地，步驟1)中的熔煉過(guò)程在高頻感應(yīng)爐大氣環(huán)境下進(jìn)行，高頻感應(yīng)爐的內(nèi)膽尺寸為200mm，先加入Ni板和工業(yè)鹽，待Ni板和工業(yè)鹽全熔后，加入金屬鎂，待各成分混合均勻后，冷卻并去除工業(yè)鹽得到鎳鎂合金。優(yōu)選地，熔煉鎳鎂合金時(shí)加入的Ni、Mg、工業(yè)鹽的重量比為30-50：30-50：15-25(優(yōu)選為4：4：2)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述鎳鎂合金的熔煉在石墨坩堝中進(jìn)行，在上述條件下熔煉完成后，去除石墨和工業(yè)鹽，即可得到所需的鎳鎂電極。
本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)深入研究發(fā)現(xiàn)，步驟2)中，相比出鋼時(shí)的鋼水的溫度，添加鎳鎂合金時(shí)的鋼水的溫度高30-50℃，可以兼顧最終產(chǎn)品的Mg含量和Mg收得率。優(yōu)選地，相比出鋼時(shí)的鋼水的溫度，添加鎳鎂合金時(shí)的鋼水的溫度高35-45℃。在本發(fā)明中，出鋼時(shí)的鋼水的溫度優(yōu)選為1440℃-1490℃，更優(yōu)選為1450-1460℃。
為了減少M(fèi)g的蒸發(fā)，提高鎂的收得率，在真空感應(yīng)熔煉出鋼前15-25分鐘內(nèi)，添加步驟1)中得到的鎳鎂合金；優(yōu)選在真空感應(yīng)熔煉出鋼前18-22分鐘內(nèi)，添加步驟1)中得到的鎳鎂合金。
根據(jù)本發(fā)明，步驟2)中，鎳鎂合金的添加量可以根據(jù)需求的Mg含量確定。優(yōu)選的情況下，步驟2)中添加的所述鎳鎂合金的用量，使得步驟3)得到的鎳鎂合金中的Mg含量為0.001-0.01重量％。優(yōu)選的情況下，相對(duì)于熔煉原料總重量100重量份，鎳鎂合金的添加量為0.5-1.5重量份，優(yōu)選為0.65-1.2重量份。
根據(jù)本發(fā)明，步驟2)中的真空感應(yīng)熔煉可以采用本領(lǐng)域常規(guī)使用的真空感應(yīng)熔煉方法，可以在通常使用的真空感應(yīng)熔煉爐中進(jìn)行。具體的熔煉條件可以為：溫度為1470-1510℃，真空度為≤1Pa。
在本發(fā)明中，所述含鎂合金優(yōu)選為鎳基合金，更優(yōu)選為GH4133B合金。
所述熔煉原料可以為本領(lǐng)域常規(guī)的真空感應(yīng)熔煉中使用的各種原料，其組成和配比可以根據(jù)含鎂合金進(jìn)行選擇。例如，含鎂合金可以為鎳基合金，更優(yōu)選為GH4133B合金。具體而言，在含鎂合金為鎳基合金時(shí)，所述熔煉原料可以為選自Ni、Cr、Nb、Al、Ti、B、Fe、Zr、Ce和碳中的一種或多種。優(yōu)選地，所述Ni、Cr、Nb、Al、Ti、Zr和Ce以純金屬形式添加，B和Fe以B-Fe合金的形式加入。根據(jù)本發(fā)明，所述真空感應(yīng)熔煉過(guò)程中可以根據(jù)需要添加適當(dāng)?shù)妮o料。根據(jù)本發(fā)明，鎳鎂合金添加前爐內(nèi)應(yīng)充入氬氣，以保證鎂的高回收率。熔煉過(guò)程中加入的其它成分可以根據(jù)最終需要的合金成分具體選擇，熔煉中各成分的加入順序可以根據(jù)需要依照元素的特性具體選擇，在此不再贅述。
根據(jù)本發(fā)明，真空感應(yīng)熔煉結(jié)束后，進(jìn)行澆注。澆注在真空條件6500Pa下進(jìn)行，鋼錠模須用鋼水燙過(guò)，保證清潔無(wú)銹。澆注后大于15min方可破空，模冷時(shí)間＞2h可脫錠。
根據(jù)本發(fā)明，所述步驟3)中的真空自耗重熔可以采用本領(lǐng)域常規(guī)使用的真空自耗重熔方法，可以在通常使用的真空自耗電弧爐中進(jìn)行。具體的熔煉條件可以為：真空度＜1Pa，自耗電極的直徑為406-508mm，電流為5000-7000A，電壓為22-24V。
為了進(jìn)一步使所得合金的內(nèi)部組織更加致密均勻，優(yōu)選的情況下，該方法還包括對(duì)步驟3)得到的合金進(jìn)行鍛造。鍛造次數(shù)可以根據(jù)具體的合金進(jìn)行確認(rèn)，通常為2-9次，優(yōu)選為4-6次。鍛造條件可以為：開(kāi)鍛溫度≥1120℃，終鍛溫度≥950℃，回爐再燒時(shí)間為45-90分鐘。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的情況下，合金中Mg含量在上述范圍內(nèi)時(shí)，可以使鍛造過(guò)程更加順暢，提高鍛造過(guò)程的成材率。
本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)深入研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)控制最后一火鍛造變形量為30-45％，可以使合金的晶粒均勻細(xì)小，從而可以提供更加良好性能的合金產(chǎn)品。
本發(fā)明還提供了通過(guò)上述方法制備的含鎂合金。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述含鎂合金優(yōu)選為鎳基合金，更優(yōu)選為GH4133B合金。
根據(jù)本發(fā)明，最終得到的合金各元素在上述范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)上述的真空感應(yīng)熔煉和真空自耗重熔，并結(jié)合鍛造，能夠得到具有良好屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和沖擊功的合金產(chǎn)品，符合GH4133B高溫合金要求。
根據(jù)本發(fā)明提供的合金熔煉中控制Mg含量的方法得到的合金，還可以根據(jù)需要經(jīng)過(guò)本領(lǐng)域的各種后處理過(guò)程，形成最終的產(chǎn)品。
以下將通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。以下實(shí)施例中，合金的Mg化學(xué)成分通過(guò)“ICT-AES”測(cè)定高溫合金中Mg含量方法測(cè)得，屈服強(qiáng)度通過(guò)GB/T228.1-2015方法測(cè)得，拉伸強(qiáng)度通過(guò)GB/T228.1-2015方法測(cè)得，伸長(zhǎng)率通過(guò)GB/T228.1-2015方法測(cè)得，室溫硬度通過(guò)GB/T228.1-2015方法測(cè)得，高溫持久性能通過(guò)GB/T4338-2006方法測(cè)得，低倍組織通過(guò)GB/T14999.2-2012方法測(cè)得，所述GH4133B合金為GJB3165A-2008標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的GH4133B合金。
實(shí)施例1
1)將35重量份Mg、45重量份Ni和20重量份工業(yè)鹽在石墨坩堝中進(jìn)行熔煉，溫度為1490℃，時(shí)間為40分鐘，熔煉完成后，去除石墨和工業(yè)鹽，得到鎳鎂合金(其中，Mg含量為38.2重量％，差量法得Ni含量為61.8重量％)，收得率為87.31％。
2)將73.24重量份Ni、21重量份Cr、1.6重量份Nb、1.0重量份Al、2.8重量份海綿鈦、0.06重量份海綿鋯、0.01重量份Ce和0.04重量份碳?jí)K進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，條件為：溫度為1490℃，真空度為0.1Pa。熔煉出鋼前20分鐘，充氬氣6500Pa，溫度為1490℃時(shí)，添加步驟1)得到的鎳鎂合金0.65重量份，出鋼時(shí)的鋼水的溫度為1450℃，真空度為6500Pa條件下澆注電極。
3)將步驟2)得到的電極進(jìn)行真空自耗重熔，條件為：真空度為0.1Pa，自耗電極的直徑為508mm，電流為7000A，電壓為22V。
4)將步驟3得到合金進(jìn)行鍛造，鍛造次數(shù)為6次，開(kāi)鍛溫度為1130℃，終鍛溫度為1000℃，回爐再燒時(shí)間為1h，最后一火鍛造變形量為35％。
5)最終得到的含鎂合金滿足GH4133B的要求，Mg含量為0.0085重量％，Mg收得率為3.4％，其屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等的測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例2
1)將44重量份Mg、36重量份Ni和20重量份工業(yè)鹽在石墨坩堝中進(jìn)行熔煉，溫度為1500℃，時(shí)間為50分鐘，熔煉完成后，去除石墨和工業(yè)鹽，得到鎳鎂合金(其中，Mg含量為49.1重量％，差量法得Ni含量為50.9重量％)，收得率為89.27％。
2)將73.23重量份Ni、21重量份Cr、1.6重量份Nb、1.0重量份Al、2.8重量份海綿鈦、0.06重量份海綿鋯、0.01重量份Ce和0.04重量份碳?jí)K進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，條件為：溫度為1510℃，真空度為0.1Pa。熔煉出鋼前25分鐘，充氬氣6500Pa，溫度為1510℃時(shí)，添加步驟1)得到的鎳鎂合金0.51重量份，出鋼時(shí)的鋼水的溫度為1460℃，真空度為6500Pa條件下澆注電極。
3)將步驟2)得到的電極進(jìn)行真空自耗重熔，條件為：真空度為0.1Pa，自耗電極的直徑為508mm，電流為7000A，電壓為23V。
4)將步驟3得到合金進(jìn)行鍛造，鍛造次數(shù)為4次，開(kāi)鍛溫度為1120℃，終鍛溫度為950℃，回爐再燒時(shí)間為45min，最后一火鍛造變形量為45％。
5)最終得到的含鎂合金滿足GH4133B的要求，Mg含量為0.0053重量％，Mg收得率為2.1％，其屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等的測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例3
1)將30重量份Mg、50重量份Ni和20重量份工業(yè)鹽在石墨坩堝中進(jìn)行熔煉，溫度為1520℃，時(shí)間為30分鐘，熔煉完成后，去除石墨和工業(yè)鹽，得到鎳鎂合金(其中，Mg含量為31.6重量％，差量法得Ni含量為68.4重量％)，收得率為84.27％。
2)將72.95重量份Ni、21重量份Cr、1.6重量份Nb、1.0重量份Al、2.8重量份海綿鈦、0.06重量份海綿鋯、0.01重量份Ce和0.04重量份碳?jí)K進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，條件為：溫度為1480℃，真空度為0.1Pa。熔煉出鋼前15分鐘，充氬氣6500Pa，溫度為1480℃時(shí)，添加步驟1)得到的鎳鎂合金0.79重量份，出鋼時(shí)的鋼水的溫度為1450℃，真空度為6500Pa條件下澆注電極。
3)將步驟2)得到的電極進(jìn)行真空自耗重熔，條件為：真空度為0.1Pa，自耗電極的直徑為406mm，電流為5000A，電壓為24V。
4)將步驟3得到合金進(jìn)行鍛造，鍛造次數(shù)為6次，開(kāi)鍛溫度為1130℃，終鍛溫度為1000℃，回爐再燒時(shí)間為1h，最后一火鍛造變形量為35％。
5)最終得到的含鎂合金滿足GH4133B的要求，Mg含量為0.0053重量％，Mg收得率為2.1％，其屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等的測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例4
1)將42重量份Mg、38重量份Ni和20重量份工業(yè)鹽在石墨坩堝中進(jìn)行熔煉，溫度為1520℃，時(shí)間為30分鐘，熔煉完成后，去除石墨和工業(yè)鹽，得到鎳鎂合金(其中，Mg含量為38.3重量％，差量法得Ni含量為61.7重量％)，收得率為72.95％。
2)將72.82重量份Ni、21重量份Cr、1.6重量份Nb、1.0重量份Al、2.8重量份海綿鈦、0.06重量份海綿鋯、0.01重量份Ce和0.04重量份碳?jí)K進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，條件為：溫度為1470℃，真空度為0.1Pa。熔煉出鋼前15分鐘，充氬氣6500Pa，溫度為1470℃時(shí)，添加步驟1)得到的鎳鎂合金0.82重量份，出鋼時(shí)的鋼水的溫度為1440℃，真空度為6500Pa條件下澆注電極。
3)將步驟2)得到的電極進(jìn)行真空自耗重熔，條件為：真空度為0.1Pa，自耗電極的直徑為508mm，電流為7000A，電壓為24V。
4)將步驟3得到合金進(jìn)行鍛造，鍛造次數(shù)為6次，開(kāi)鍛溫度為1120℃，終鍛溫度為1000℃，回爐再燒時(shí)間為1h，最后一火鍛造變形量為40％。
5)最終得到的含鎂合金滿足GH4133B的要求，Mg含量為0.0023重量％，Mg收得率為1.5％，其屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等的測(cè)試結(jié)果如表1所示。
對(duì)比例1
按照實(shí)施例1的方法制備合金產(chǎn)品，不同的是，在真空感應(yīng)熔煉出鋼前35分鐘時(shí)添加步驟1)得到的鎳鎂合金。最終得到的含鎂合金Mg元素含量為0.00085重量％，Mg收得率為0.34％，不滿足GH4133B高溫合金的Mg成分要求。
對(duì)比例2
按照實(shí)施例1的方法制備合金產(chǎn)品，不同的是，在真空感應(yīng)熔煉出鋼前5分鐘時(shí)添加步驟1)得到的鎳鎂合金。最終得到的含鎂合金Mg元素含量為0.0095重量％，Mg收得率為3.8％，熱加工塑性差，不滿足GH4133B高溫合金的熱加工塑性要求，造成熱加工過(guò)程開(kāi)裂嚴(yán)重，報(bào)廢。
對(duì)比例3
按照實(shí)施例1的方法制備合金產(chǎn)品，不同的是，熔煉出鋼前20分鐘，溫度為1460℃時(shí)添加步驟1)得到的鎳鎂合金，出鋼時(shí)的鋼水的溫度為1430℃。最終得到的含鎂合金Mg元素含量為0.01重量％，Mg收得率為4％，造成澆注過(guò)程中堵塞澆注孔的異常情況，不滿足GH4133B高溫合金的澆注流動(dòng)性要求。
對(duì)比例4
按照實(shí)施例1的方法制備合金產(chǎn)品，不同的是，熔煉出鋼前20分鐘，溫度為1530℃時(shí)添加步驟1)得到的鎳鎂合金，出鋼時(shí)的鋼水的溫度為1460℃。最終得到的合金Mg元素含量為0.00085重量％，Mg收得率為2％，不滿足GH4133B高溫合金的Mg成分要求。
對(duì)比例5
按照實(shí)施例1的方法制備合金產(chǎn)品，不同的是，最后一火鍛造變形量為20％。最終得到的含鎂合金鍛制成品存在較嚴(yán)重的低倍粗晶，其屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等的測(cè)試結(jié)果如表1所示。
表1
以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
另外需要說(shuō)明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對(duì)各種可能的組合方式不再另行說(shuō)明。
此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開(kāi)的內(nèi)容。