一種in718合金球形粉末的制備方法
【專利摘要】一種IN718合金球形粉末的制備方法，包括以下步驟：步驟1，IN718合金母合金錠的熔煉；步驟2，將IN718合金母合金錠機加工成直徑為50-90mm，長度為600-800mm的IN718合金電極棒，電極棒直線度應(yīng)控制在≤0.1mm/m；步驟3，將IN718合金電極棒置于惰性氣體保護的密閉爐室內(nèi)并使其高速旋轉(zhuǎn)，采用等離子槍加熱電極棒端部使端部熔化；步驟4，熔融金屬在離心力作用下霧化飛出，形成細(xì)小液滴，液滴在惰性氣體中快速冷卻成球形顆粒，落入爐室底部收集器中，得到IN718合金球形粉末；步驟5，在惰性氣體保護下，對制得的IN718合金球形粉末進(jìn)行靜電分離處理，去除粉末中的非金屬夾雜物，得到純凈的IN718合金球形粉末；具有球形度良好，細(xì)粒徑，低氧含量，低夾雜物的特點。
【專利說明】—種IN718合金球形粉末的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于合金球形粉末制備【技術(shù)領(lǐng)域】,涉及一種INC0NEL718合金球形粉末的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]INC0NEL718合金(簡稱IN718合金)是一種奧氏體基，以固溶強化、晶界強化等手段進(jìn)行合金強化的鎳基高溫合金，在-253?650°C之間具有良好的綜合力學(xué)性能和抗腐蝕性能。IN718合金以其優(yōu)異的性能和廣泛的用途在整個高溫合金產(chǎn)業(yè)中占有絕對的優(yōu)勢地位，廣泛應(yīng)用于航空、航天、石油、化工及能源等各個領(lǐng)域。由于IN718合金中強化元素的含量和種類較多，合金化程度較高，采用傳統(tǒng)的變形和鑄造工藝，鑄錠偏析嚴(yán)重，熱加工性能差，成型困難。為解決這一問題，科研人員嘗試采用粉末冶金工藝制備高性能的IN718合金。
[0003]在航空航天應(yīng)用領(lǐng)域，隨著金屬熱等靜壓和快速成型(3D打印)技術(shù)的不斷發(fā)展，對IN718合金粉末的性能提出了更高的要求。在保證粉末具有良好球形度O 90%)的同時，還要求粉末具有細(xì)粒徑100 μ m)，低氧含量(< 0.01%)，低夾雜物含量(< 10顆/kg)等性能指標(biāo)。傳統(tǒng)的氣體霧化法由于氣體雜質(zhì)含量和夾雜物含量等問題，不能滿足IN718合金粉末制備的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種IN718合金球形粉末的制備方法，通過該方法制備出滿足航空航天領(lǐng)域需要的IN718合金球形粉末；具有球形度良好，細(xì)粒徑，低氧含量，低夾雜物的特點。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種IN718合金球形粉末的制備方法，包括以下步驟:
步驟1，IN718合金母合金錠的熔煉；
1)按主要元素:50-55wt9^3 Ni，17-21 wt %的0，2.8-3.3 wt % 的 Mo，4.75-5.50wt % 的 Nb, 0.65-1.15 wt % 的 Ti, 0.20-0.80wt% 的 Al，余量為 Fe ;次要元素:C<0.08 wt%,Μη〈0.35 wt %，Si<0.5 wt %，Ρ〈0.015 wt %，S〈0.015 wt%, Co<l.0 wt %，Ta<0.05 wt %，B〈0.006 wt %，Cu〈0.30 wt %進(jìn)行合金配料，其中Nb的原料為Nb含量70%的NbFe ;采用真空感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行熔煉，在真空感應(yīng)熔煉爐坩堝中由下至上依次裝入一半N1、Co、Mo、NbFe、Cr、T1、Al、另外一半Ni ;在物料完全融化后，保溫30-60min，然后進(jìn)行鑄錠澆鑄，冷卻后得到In718合金一次熔煉錠；
2)去除一次熔煉錠的表面氧化皮，切除縮孔并加工成自耗電極，進(jìn)行真空自耗重熔，得到In718合金的母合金錠；
步驟2，將IN718合金母合金錠機加工成直徑為50-90mm，長度為600-800mm的IN718合金電極棒，電極棒直線度應(yīng)控制在< 0.lmm/m ； 步驟3，將IN718合金電極棒置于惰性氣體保護的密閉爐室內(nèi)并使其高速旋轉(zhuǎn)，采用等離子槍加熱電極棒端部使端部熔化；
步驟4，熔融金屬在離心力作用下霧化飛出，形成細(xì)小液滴，液滴在惰性氣體中快速冷卻成球形顆粒，落入爐室底部收集器中，得到IN718合金球形粉末；
步驟5，在惰性氣體保護下，對制得的IN718合金球形粉末進(jìn)行靜電分離處理，去除粉末中的非金屬夾雜物，得到純凈的IN718合金球形粉末。
[0006]所述的步驟I中真空感應(yīng)熔煉前保持真空度達(dá)到5X 10_3Pa以上，真空自耗重熔時真空度控制在0.013-0.13Pa。
[0007]所述的步驟2中電極棒致密,無疏松、縮孔等缺陷,表面粗糙度Ra < 1.6 μ m0
[0008]所述的步驟3中惰性氣體應(yīng)為氦氣、氬氣或氬氦混合氣體,氣體中氧含量應(yīng)小于0.01%。
[0009]所述的步驟3中等離子槍功率應(yīng)不小于150KW。
[0010]所述的步驟3中電極棒旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速應(yīng)為15000?26000轉(zhuǎn)/分。
[0011]所述的步驟4中爐室內(nèi)壁應(yīng)光滑，無剝落銹蝕現(xiàn)象，可采用不銹鋼制造。
[0012]所述的步驟5中惰性氣體中氧含量應(yīng)小于0.01%。
[0013]所述的步驟4霧化制粉過程中，采用冷卻水對爐室進(jìn)行冷卻。
[0014]所述的步驟4收集器與爐室之間通過螺紋密封連接。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明IN718合金球形粉末的制備方法，通過高速旋轉(zhuǎn)離心霧化的方法制備出滿足航空航天需求的IN718合金球形粉末。該方法通過對IN718母合金熔煉工藝和電極棒制備工藝的控制，以及后續(xù)的靜電分離工序，使IN718合金球形粉末中的非金屬夾雜物數(shù)量滿足要求。通過電極棒的高速旋轉(zhuǎn)獲得了粒徑<50μπι的細(xì)小粉末，惰性氣體保護狀態(tài)避免了氣體元素對粉末的污染。爐室內(nèi)表面經(jīng)過拋光處理，不會對粉末造成污染。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
[0017]圖2是本發(fā)明離心霧化制粉原理圖。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0019]實施例1:
一種ΙΝ718合金球形粉末的制備方法，包括以下步驟:
步驟1，ΙΝ718合金母合金錠的熔煉；
I)按主要元素:50wt% 的 Ni，17wt % 的 Cr，2.8 wt % 的 Mo，4.75 wt % 的 Nb，0.65wt %的 Ti，0.20wt% 的 Al，余量為 Fe ;次要元素:0.07 wt% 的 C，0.33 wt % 的 Mn，0.4wt % 的Si, 0.014 wt % 的 P，0.014 wt% 的 S，0.9 wt % 的 Co，0.04 wt %Ta, 0.006 wt % 的 B，0.25wt %的Cu進(jìn)行合金配料，其中Nb的原料為Nb含量70%的NbFe ;采用真空感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行熔煉，在真空度為5X 10_3Pa的真空感應(yīng)熔煉爐坩堝中，由下至上依次裝入一半N1、Co、Mo、NbFe, Cr、T1、Al、另外一半Ni ;在物料完全融化后，保溫30min，然后進(jìn)行鑄錠澆鑄，冷卻后得到In718合金一次熔煉錠；
2)去除一次熔煉錠的表面氧化皮，切除縮孔并加工成自耗電極，進(jìn)行真空自耗重熔，真空度控制在0.04Pa，得到In718合金的母合金錠；
步驟2，將化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求的IN718母合金錠加工成直徑為50mm，長度為600mm的IN718合金電極棒，加工過程中切除縮孔、疏松的缺陷，采用車削或磨削加工使電極棒表面粗糙度Ra彡1.6 μ m ;
步驟3，將IN718合金電極棒置于氦氣、氬氣或氬氦混合氣體保護的密閉爐室內(nèi)，并使其以15000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)，采用功率150KW的等離子槍加熱電極棒端部使端部熔化；
步驟4，霧化液滴快速凝固成球形粉末后，在重力作用下沿光滑的爐室內(nèi)壁滑至爐室下方的收集器中，用冷卻水對爐室冷卻，收集器通過螺紋與爐室密封連接；
步驟5，將收集器中的球形粉末置于在惰性氣體保護下的靜電分離裝置中，啟動靜電分離裝置去除粉末中的非金屬夾雜物，得到純凈的IN718合金球形粉末。
[0020]本實施例的有益效果是:
本發(fā)明IN718合金球形粉末的制備方法，通過采用二聯(lián)或三聯(lián)熔煉工藝制備IN718母合金，消除了電極棒的成分偏析和疏松、夾雜等缺陷。利用電極棒高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使熔融金屬形成細(xì)小液滴，液滴在凝固過程中由于表面張力作用下凝固形成球形顆粒。通過金屬與非金屬之間電性能的差異，采用靜電分離方法去除合金中非金屬夾雜物。最終獲得了細(xì)粒徑(彡100 μ m)，低氧含量(彡0.01%)，低夾雜物含量(彡10顆/kg)的高品質(zhì)IN718合金球形粉末，滿足了航空航天應(yīng)用需求。
[0021]實施例2
一種IN718合金球形粉末的制備方法，包括以下步驟:
步驟1，IN718合金母合金錠的熔煉；
1)按主要元素:53wt%的 Ni，19wt % 的 Cr，3.0 wt % 的 Mo，5.15 wt % 的 Nb，0.9wt %的 Ti，0.60wt% 的 Al，余量為 Fe ;次要元素:0.05 wt% 的 C，0.25 wt % 的 Mn，0.3wt % 的Si,0.01 wt % 的 P,0.01 wt% 的 S，0.8 wt % 的 Co,0.03 wt %Ta,0.005 wt % 的 B,0.2 wt%的Cu進(jìn)行合金配料，其中Nb的原料為Nb含量70%的NbFe ;采用真空感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行熔煉，在真空度為2.5X 10?的真空感應(yīng)熔煉爐坩堝中，由下至上依次裝入一半N1、Co、Mo、NbFe, Cr、T1、Al、另外一半Ni ;在物料完全融化后，保溫45min，然后進(jìn)行鑄錠澆鑄，冷卻后得到In718合金一次熔煉錠；
2)去除一次熔煉錠的表面氧化皮，切除縮孔并加工成自耗電極，進(jìn)行真空自耗重熔，真空度控制在0.026Pa，得到In718合金的母合金錠；
步驟2，將化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求的IN718母合金錠加工成直徑為70mm，長度為700mm的IN718合金電極棒，加工過程中切除縮孔、疏松的缺陷，采用車削或磨削加工使電極棒表面粗糙度Ra彡1.6 μ m ;
步驟3，將IN718合金電極棒置于氦氣、氬氣或氬氦混合氣體保護的密閉爐室內(nèi)，并使其以20000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)，采用功率200KW的等離子槍加熱電極棒端部使端部熔化；
步驟4，霧化液滴快速凝固成球形粉末后，在重力作用下沿光滑的爐室內(nèi)壁滑至爐室下方的收集器中，用冷卻水對爐室冷卻，收集器通過螺紋與爐室密封連接；
步驟5，將收集器中的球形粉末置于在惰性氣體保護下的靜電分離裝置中，啟動靜電分離裝置去除粉末中的非金屬夾雜物，得到純凈的IN718合金球形粉末。
[0022]本實施例的有益效果是:
本發(fā)明IN718合金球形粉末的制備方法，通過采用二聯(lián)或三聯(lián)熔煉工藝制備IN718母合金，消除了電極棒的成分偏析和疏松、夾雜等缺陷。利用電極棒高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使熔融金屬形成細(xì)小液滴，液滴在凝固過程中由于表面張力作用下凝固形成球形顆粒。通過金屬與非金屬之間電性能的差異，采用靜電分離方法去除合金中非金屬夾雜物。最終獲得了細(xì)粒徑(彡75 μ m)，低氧含量(彡0.01%)，低夾雜物含量(彡10顆/kg)的高品質(zhì)IN718合金球形粉末，滿足了航空航天應(yīng)用需求。
[0023]實施例3
一種IN718合金球形粉末的制備方法，包括以下步驟:
步驟1，IN718合金母合金錠的熔煉；
1)按主要元素:55wt%的 Ni，21wt % 的 Cr，3.3 wt % 的 Mo，5.50 wt % 的 Nb，1.15wt %的 Ti，0.8wt% 的 Al，余量為 Fe ;次要元素:0.03 wt% 的 C，0.15 wt % 的 Mn，0.2wt % 的 Si，
0.008 wt %的卩，0.008 wt% 的 S, 0.06 wt %的(]0,0.02 wt %Ta, 0.004 wt %的13,0.15 wt%的Cu進(jìn)行合金配料，其中Nb的原料為Nb含量70%的NbFe ;采用真空感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行熔煉，在真空度為1.5X 10?的真空感應(yīng)熔煉爐坩堝中，由下至上依次裝入一半N1、Co、Mo、NbFe, Cr、T1、Al、另外一半Ni ;在物料完全融化后，保溫60min，然后進(jìn)行鑄錠澆鑄，冷卻后得到In718合金一次熔煉錠；
2)去除一次熔煉錠的表面氧化皮，切除縮孔并加工成自耗電極，進(jìn)行真空自耗重熔，真空度控制在0.013Pa，得到In718合金的母合金錠；
步驟2，將化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求的IN718母合金錠加工成直徑為80mm，長度為800mm的IN718合金電極棒，加工過程中切除縮孔、疏松的缺陷，采用車削或磨削加工使電極棒表面粗糙度Ra彡1.6 μ m ;
步驟3，將IN718合金電極棒置于氦氣、氬氣或氬氦混合氣體保護的密閉爐室內(nèi)，并使其以24000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)，采用功率240KW的等離子槍加熱電極棒端部使端部熔化；
步驟4，霧化液滴快速凝固成球形粉末后，在重力作用下沿光滑的爐室內(nèi)壁滑至爐室下方的收集器中，用冷卻水對爐室冷卻，收集器通過螺紋與爐室密封連接；
步驟5，將收集器中的球形粉末置于在惰性氣體保護下的靜電分離裝置中，啟動靜電分離裝置去除粉末中的非金屬夾雜物，得到純凈的IN718合金球形粉末。
[0024]本實施例的有益效果是:
本發(fā)明IN718合金球形粉末的制備方法，通過采用二聯(lián)或三聯(lián)熔煉工藝制備IN718母合金，消除了電極棒的成分偏析和疏松、夾雜等缺陷。利用電極棒高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使熔融金屬形成細(xì)小液滴，液滴在凝固過程中由于表面張力作用下凝固形成球形顆粒。通過金屬與非金屬之間電性能的差異，采用靜電分離方法去除合金中非金屬夾雜物。最終獲得了細(xì)粒徑(彡50 μ m)，低氧含量(彡0.01%)，低夾雜物含量(彡10顆/kg)的高品質(zhì)IN718合金球形粉末，滿足了航空航天應(yīng)用需求。
【權(quán)利要求】
1.一種IN718合金球形粉末的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，IN718合金母合金錠的熔煉； 1)按主要元素:50-55wt°/c^3Ni，17-21 wt %的0，2.8-3.3 wt % 的 Mo，4.75-5.50wt % 的 Nb，0.65-1.15 wt % 的 Ti,0.20-0.80wt% 的 Al，余量為 Fe ;次要元素:C<0.08 wt%,Μη〈0.35 wt %，Si<0.5 wt %，P〈0.015 wt %，S〈0.015 wt%, Co<l.0 wt %，Ta<0.05 wt %，B〈0.006 wt %，Cu〈0.30 wt %進(jìn)行合金配料，其中Nb的原料為Nb含量70%的NbFe ;采用真空感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行熔煉，在真空感應(yīng)熔煉爐坩堝中由下至上依次裝入一半附、&)10、^^^Cr、T1、A1、另外一半Ni ;在物料完全融化后，保溫30-60min，然后進(jìn)行鑄錠澆鑄，冷卻后得到In718合金一次熔煉錠； 2)去除一次熔煉錠的表面氧化皮，切除縮孔并加工成自耗電極，進(jìn)行真空自耗重熔，得到In718合金的母合金錠； 步驟2，將IN718合金母合金錠機加工成直徑為50-90mm，長度為600-800mm的IN718合金電極棒，電極棒直線度應(yīng)控制在< 0.lmm/m ； 步驟3，將IN718合金電極棒置于惰性氣體保護的密閉爐室內(nèi)并使其高速旋轉(zhuǎn)，采用等離子槍加熱電極棒端部使端部熔化； 步驟4，熔融金屬在離心力作用下霧化飛出，形成細(xì)小液滴，液滴在惰性氣體中快速冷卻成球形顆粒，落入爐室底部收集器中，得到IN718合金球形粉末； 步驟5，在惰性氣體保護下，對制得的IN718合金球形粉末進(jìn)行靜電分離處理，去除粉末中的非金屬夾雜物，得到純凈的IN718合金球形粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IN718合金球形粉末的制備方法，其特征在于，所述的步驟1中真空感應(yīng)熔煉前保持真空度達(dá)到5X10_3Pa以上，真空自耗重熔時真空度控制在0.013-0.13Pa ;所述的步驟2中電極棒致密，無疏松、縮孔等缺陷，表面粗糙度Ra ^ 1.6 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IN718合金球形粉末的制備方法，其特征在于，所述的步驟3中惰性氣體應(yīng)為氦氣、氬氣或氬氦混合氣體,氣體中氧含量應(yīng)小于0.01%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IN718合金球形粉末的制備方法，其特征在于，所述的步驟3中等離子槍功率應(yīng)不小于150KW。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種IN718合金球形粉末的制備方法，其特征在于，所述的步驟3中電極棒旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速應(yīng)為15000?26000轉(zhuǎn)/分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IN718合金球形粉末的制備方法，其特征在于，所述的步驟4中爐室內(nèi)壁應(yīng)光滑，無剝落銹蝕現(xiàn)象，可采用不銹鋼制造。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IN718合金球形粉末的制備方法，其特征在于，所述的步驟5中惰性氣體中氧含量應(yīng)小于0.01%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種IN718合金球形粉末的制備方法，其特征在于，所述的步驟4霧化制粉過程中，采用冷卻水對爐室進(jìn)行冷卻。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種IN718合金球形粉末的制備方法，其特征在于，所述的步驟4收集器與爐室之間通過螺紋密封連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IN718合金球形粉末的制備方法,其特征在于,包括以下步驟: 步驟1，IN718合金母合金錠的熔煉；
1)按主要元素:53wt%的 Ni，19wt % 的 Cr，3.0 wt % 的 Mo，5.15 wt % 的 Nb，0.9wt %的 Ti，0.60wt% 的 Al，余量為 Fe ;次要元素:0.05 wt% 的 C，0.25 wt % 的 Mn，0.3wt % 的Si,0.01 wt % 的 P,0.01 wt% 的 S，0.8 wt % 的 Co,0.03 wt %Ta,0.005 wt % 的 B,0.2 wt%的Cu進(jìn)行合金配料，其中Nb的原料為Nb含量70%的NbFe ;采用真空感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行熔煉，在真空度為2.5X 10?的真空感應(yīng)熔煉爐坩堝中，由下至上依次裝入一半N1、Co、Mo、NbFe, Cr、T1、Al、另外一半Ni ;在物料完全融化后，保溫45min，然后進(jìn)行鑄錠澆鑄，冷卻后得到In718合金一次熔煉錠； 2)去除一次熔煉錠的表面氧化皮，切除縮孔并加工成自耗電極，進(jìn)行真空自耗重熔，真空度控制在0.026Pa，得到In718合金的母合金錠； 步驟2，將化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求的IN718母合金錠加工成直徑為70mm，長度為700mm的IN718合金電極棒，加工過程中切除縮孔、疏松的缺陷，采用車削或磨削加工使電極棒表面粗糙度Ra彡1.6 μ m ; 步驟3，將IN718合金電極棒置于氦氣、氬氣或氬氦混合氣體保護的密閉爐室內(nèi)，并使其以20000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)，采用功率200KW的等離子槍加熱電極棒端部使端部熔化； 步驟4，霧化液滴快速凝固成球形粉末后，在重力作用下沿光滑的爐室內(nèi)壁滑至爐室下方的收集器中，用冷卻水對爐室冷卻，收集器通過螺紋與爐室密封連接； 步驟5，將收集器中的球形粉末置于在惰性氣體保護下的靜電分離裝置中，啟動靜電分離裝置去除粉末中的非金屬夾雜物，得到純凈的IN718合金球形粉末。
【文檔編號】B22F9/08GK104308167SQ201410496588
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】韓志宇, 張鵬, 陳小林, 曾光, 梁書錦, 周曉明, 張平祥 申請人:西安歐中材料科技有限公司