镍基合金熔炼中金属损耗与配料的关系

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：某些高温镍基合金零件的质量往往仅占熔炼合金总质量的30%甚至10%，因此，高温合金零件的原料以料头、浇道、冒口、报废零件这些返回料为主。

真空感应电炉虽然给镍基合金的熔炼带来了一些便利，但高温下一些活泼的合金元素仍然容易与坩埚壁发生化学反应，生成如Al₂O₃、ZrO、Cr₂O₃、NiO以及稀土元素氧化物等杂质，并在熔体表面形成一层氧化膜。铸造镍基合金在浇注前需要将母合金熔化，而母合金铸锭已含有一定数量的非金属夹杂物，在浇注过程中浇道系统还要卷入一些新的夹杂，同时，重熔过程中又要再次经受坩埚污染和真空度不高带来的氧化，将增加熔体表面的氧化膜厚度。而且真空感应电炉熔炼时熔体退氮困难，氮除了能溶解于合金液外，还能以稳定氮化物形式存在于合金液中，如Ti、Cr、V、Al和Zr等的氮化物。这些夹杂物是镍基合金铸件中最常见的缺陷，它不仅降低合金液的流动性还增加铸件内部的孔隙、降低材料的加工性能、缩短零件的使用寿命，因此，浇注前需将其清理掉。常采用高温泡沫陶瓷过滤净化技术来去除金属夹杂物，以净化合金熔体。

某些高温镍基合金零件的质量往往仅占熔炼合金总质量的30%甚至10%，因此，高温合金零件的原料以料头、浇道、冒口、报废零件这些返回料为主。经挑选、分级和预处理后，返回料可分类使用。使用方法有以下几种：第一，原级使用，即返回料经熔炼后和新料一起用于制作重要零件；第二，搭配使用，将返回料和新料以一定比例混合熔炼成具有一定牌号的合金，然后与新料一起使用；第三，降级使用，用于制造一些不太重要的零件或配制低级别的合金。但实际中降级使用的情况较少，如美国在1986年回收的5500万磅高温合金返回料中仅有20%降级使用。目前，国际上在返回料的搭配使用上一般按照以下几个比例（返回料/新料质量比）：1∶1，3∶2，3∶1。

镍基合金的主要合金元素的配料原则如下（质量分数）：Mn，无规格下限者，按0.2%配入，有规格下限者按中上限配入，烧损按6%计算；Cr，按中限配入，烧损按1%～3%考虑；Nb、W、V按中上限控制，其中V的烧损为4%～6%，而W为3%～4%；Mo，按中限配入；Al和Ti的配入量较复杂，应按合金种类和经验来确定，然后进行配料计算。

配料计算方法可参照4.2.3节。

镍基合金熔炼中金属损耗与配料的关系

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