本發(fā)明屬于金屬加工技術領域，具體涉及一種反重力真空吸鑄制備鈷基合金焊絲的設備及方法。

背景技術：

鈷基合金焊絲是以鈷為主，添加鉻、鎢、鎳等合金熔煉而成的鑄造合金。它具有硬度高、耐磨性、耐腐蝕性強等特點，即使在高于1000℃的高溫下使用，也具有優(yōu)異的抗熱腐蝕性能。因此，長期以來此類合金主要用于閥門、渦輪葉片等表面堆焊，起到耐磨耐蝕作用，從而大大延長他們的使用壽命。但該合金硬度大，塑形加工成型非常困難，焊絲不能采用傳統(tǒng)軋制、冷拉拔等工藝生產(chǎn)。目前國內(nèi)只有少數(shù)廠家采用熱拉拔工藝制備焊絲，焊絲表面質(zhì)量較差，同時制備周期較長。現(xiàn)有工藝所制備的鈷基合金焊絲，一般直徑范圍為Ф2mm～Ф5mm，直徑較大且質(zhì)量較差，嚴重限制了鈷基合金焊絲的應用。

截止目前，尚未發(fā)現(xiàn)任何反重力真空吸鑄制備鈷基合金焊絲的相關技術見諸報道。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種一種反重力真空吸鑄制備鈷基合金焊絲的設備。該設備能夠實現(xiàn)反重力真空吸鑄從而制備出質(zhì)量優(yōu)良的鈷基合金焊絲，具有廣泛的應用前景。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種反重力真空吸鑄成型設備，其特征在于，包括真空感應熔煉爐和反重力真空吸鑄組件，所述真空感應熔煉爐的側壁開設有通氣口，所述真空感應熔煉爐內(nèi)設置有坩堝、位于坩堝上方的料斗和位于坩堝下方的鑄模，所述坩堝外纏繞有感應線圈，所述反重力真空吸鑄組件包括真空罐、真空泵和石英管束，所述真空泵通過第一真空管路與真空罐連接，所述真空罐通過第二真空管路和轉換接頭與石英管束連接，所述真空罐上設置有真空表。

上述的一種反重力真空吸鑄成型設備，其特征在于，所述鑄模頂部設置有冒口。

上述的一種反重力真空吸鑄成型設備，其特征在于，所述第一真空管路上設置有第一真空蝶閥，所述第二真空管路上設置有第二真空蝶閥和真空調(diào)節(jié)閥。

另外，本發(fā)明還提供了一種利用上述設備制備鈷基合金焊絲的方法，其特征在于，所述鈷基合金焊絲的合金元素包括Co、Cr、W、Ni、B和Mn，所述鈷基合金焊絲的制備方法包括以下步驟：

步驟一、初熔：將合金元素Ni、B和Mn加入到料斗中，將除Ni、B和Mn以外的其余合金元素加入到坩堝中，然后對真空感應熔煉爐進行抽真空處理，待爐內(nèi)壓力降至1×10^-2Pa～9×10^-2Pa后，利用感應線圈加熱熔融坩堝中的物料，精煉10min～15min后停止加熱，待坩堝中的熔融物料凝固后，將料斗中的物料加入到坩堝中，接著向真空感應熔煉爐內(nèi)通入氬氣，直至爐內(nèi)壓力為0.06MPa～0.08MPa為止，之后繼續(xù)利用感應線圈加熱熔融坩堝中的物料，精煉10min～15min后停止加熱，待坩堝中的熔融物料凝固后，再次利用感應線圈加熱熔融坩堝中的物料，精煉5min～10min后停止加熱，最后將坩堝中的熔融物料澆注于鑄模中，冷卻后脫模，得到鑄錠；

步驟二、重熔：將步驟一中所述鑄錠切塊后加入到坩堝中，然后對真空感應熔煉爐進行抽真空處理，待爐內(nèi)壓力降至1Pa～10Pa后，利用感應線圈加熱坩堝中的物料，待坩堝中的物料開始熔融后停止加熱，向真空感應熔煉爐內(nèi)通入氬氣，直至爐內(nèi)壓力為0.06MPa～0.08MPa為止，之后繼續(xù)利用感應線圈加熱坩堝中的物料直至其完全熔融，得到合金熔液；

步驟三、反重力真空吸鑄：將石英管束放入真空感應熔煉爐中，然后利用真空泵進行抽真空處理，在真空表讀數(shù)為0.05MPa～0.07MPa的條件下，將石英管束插入至步驟二中所述合金熔液中進行反重力真空吸鑄，待合金熔液充滿石英管束后，停止抽真空，對充滿合金熔液的石英管束進行水淬處理，然后脫除石英管束，得到鑄條；

步驟四、后處理：對步驟三中所述鑄條依次進行旋鍛、真空退火和拉拔處理，最終得到鈷基合金焊絲；所述鈷基合金焊絲的截面形狀為圓形，所述鈷基合金焊絲的截面直徑為1.0mm～1.5mm。

上述的方法，其特征在于，步驟一中加入到料斗中的合金元素B以Ni-B中間合金的形式配入，合金元素Mn以Ni-Mn中間合金的形式配入，合金元素Ni以所述Ni-B中間合金、所述Ni-Mn中間合金和Ni箔的形式配入；所述Ni-B中間合金中B的質(zhì)量百分含量為4％～10％，所述Ni-Mn中間合金中Mn的質(zhì)量百分含量為40％～70％。

上述的方法，其特征在于，步驟三中所述鑄條的截面形狀為圓形，所述鑄條的截面直徑為6mm。

上述的方法，其特征在于，步驟四中所述旋鍛的道次數(shù)為15～20道次，每道次旋鍛的徑向減徑量均為0.1mm～0.4mm。

上述的方法，其特征在于，步驟四中所述真空退火的具體過程為：將旋鍛后的鑄條置于真空退火爐中，在真空度≤5.0×10^-1Pa的條件下，將旋鍛后的鑄條先以10℃/min的升溫速率升溫至900℃后保溫30min，然后以4℃/min的升溫速率升溫至1200℃后保溫30min，之后隨爐冷卻至400℃，最后充氬冷卻至25℃室溫。

上述的方法，其特征在于，步驟四中所述拉拔的道次數(shù)為1～4道次，每道次拉拔的徑向減徑量均為0.05mm～0.1mm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明采用氬氣保護吸鑄法制備鑄條。真空吸鑄工藝是一種零件精密成型方法，能夠用于難加工成型合金的鑄造成型，具有工藝簡單、成品率高、鑄件質(zhì)量好等優(yōu)點。目前國內(nèi)還未見反重力真空吸鑄法用于鈷基合金焊絲生產(chǎn)的報道。

2、本發(fā)明解決了Co基合金大鑄錠難以加工變形、工藝流程長等不足。更重要的是，通過精密吸鑄，可以快速的實施小尺寸棒材的旋鍛、拉拔工藝，克服了大鑄錠加工時開裂、能耗高、成品率低等缺陷。

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明反重力真空吸鑄成型設備的結構示意圖。

附圖標記說明:

1—真空感應熔煉爐； 2—真空罐； 3—真空泵；

4—真空表； 5—感應線圈； 6—坩堝；

7—鑄模； 8—冒口； 9—石英管束；

10—通氣口； 11—料斗； 12-1—第一真空管路；

12-2—第二真空管路； 13-1—第一真空蝶閥； 13-2—第二真空蝶閥；

14—真空調(diào)節(jié)閥。

具體實施方式

本發(fā)明反重力真空吸鑄成型設備的結構通過實施例1進行描述。

實施例1

如圖1所示的一種反重力真空吸鑄成型設備，包括真空感應熔煉爐1和反重力真空吸鑄組件，所述真空感應熔煉爐1的側壁開設有通氣口10，所述真空感應熔煉爐1內(nèi)設置有坩堝6、位于坩堝6上方的料斗11和位于坩堝6下方的鑄模7，所述坩堝6外纏繞有感應線圈5，所述反重力真空吸鑄組件包括真空罐2、真空泵3和石英管束9，所述真空泵3通過第一真空管路12-1與真空罐2連接，所述真空罐2通過第二真空管路12-2與轉換接頭連接，轉換接頭與石英管束9連接，所述真空罐2上設置有真空表4。

本實施例中，轉換接頭的一端開設有用于連接第二真空管路12-2的真空管插孔，另一端開設有多個用于連接插設石英管的石英管插孔。轉換接頭也可設計為其他結構，只要能夠實現(xiàn)第二真空管路12-2和石英管束9的緊密連接即可。

如圖1所示，所述鑄模7頂部設置有冒口8。

如圖1所示，所述第一真空管路12-1上設置有第一真空蝶閥13-1，所述第二真空管路12-2上設置有第二真空蝶閥13-2和真空調(diào)節(jié)閥14。

本發(fā)明利用反重力真空吸鑄成型設備制備鈷基合金焊絲的方法通過實施例2至實施例5進行描述。

實施例2

本實施例所要制備的鈷基合金焊絲包括以下質(zhì)量百分比的成分：C：0.55％，Cr：25.5％，W：7.5％，Si：0.85％，F(xiàn)e：1％，Ni：10.5％，Mn：0.85％，B：0.0065％，Co：余量。結合圖1，本實施例利用如實施例1所述反重力真空吸鑄成型設備制備鈷基合金焊絲的方法包括以下步驟：

步驟一、初熔：將B質(zhì)量含量為6％的Ni-B中間合金和Mn質(zhì)量含量為60％的Ni-Mn中間合金用Ni箔包覆后加入到料斗11中，將其余所有的合金元素加入到坩堝6中，然后對真空感應熔煉爐1進行抽真空處理，待爐內(nèi)壓力降至3×10^-2Pa后，利用感應線圈5加熱熔融坩堝6中的物料，精煉12min后停止加熱，待坩堝6中的熔融物料凝固后，將料斗11中的物料加入到坩堝6中，接著向真空感應熔煉爐1內(nèi)通入氬氣，直至爐內(nèi)壓力為0.07MPa為止，之后繼續(xù)利用感應線圈5加熱熔融坩堝6中的物料，精煉12min后停止加熱，待坩堝6中的熔融物料凝固后，再次利用感應線圈5加熱熔融坩堝6中的物料，精煉8min后停止加熱，最后將坩堝6中的熔融物料澆注于鑄模7中，冷卻后脫模，得到規(guī)格為Φ45mm×250mm的鑄錠；

步驟二、重熔：將步驟一中所述鑄錠切塊后加入到坩堝6中，然后利用對真空感應熔煉爐1進行抽真空處理，待爐內(nèi)壓力降至3Pa后，利用感應線圈5加熱坩堝6中的物料，待坩堝6中的物料開始熔融后停止加熱，向真空感應熔煉爐1內(nèi)通入氬氣，直至爐內(nèi)壓力為0.07MPa為止，之后繼續(xù)利用感應線圈5加熱坩堝6中的物料直至其完全熔融，得到合金熔液；

步驟三、反重力真空吸鑄：將石英管束9放入真空感應熔煉爐1中，然后開啟真空泵3進行抽真空處理，使真空感應熔煉爐1內(nèi)的氣體抽吸至真空罐2中，在真空表4讀數(shù)為0.04MPa的條件下，將石英管束9插入至步驟二中所述合金熔液中進行反重力真空吸鑄，待合金熔液充滿石英管束9后，停止抽真空，對充滿合金熔液的石英管束9進行水淬處理，然后脫除石英管束9，得到截面形狀為圓形，截面直徑為6.0mm的鑄條；

步驟四、對步驟三中所述鑄條依次進行以下處理：

步驟401、旋鍛：對鑄條進行多道次旋鍛，旋鍛的加工參數(shù)見表1。

表1鑄條旋鍛加工參數(shù)

步驟402、真空退火：將步驟401中旋鍛后的鑄條置于真空退火爐中，在真空度≤5.0×10^-1Pa的條件下，將旋鍛后的鑄條先以10℃/min的升溫速率升溫至900℃后保溫30min，然后以4℃/min的升溫速率升溫至1200℃后保溫30min，之后隨爐冷卻至400℃，最后充氬冷卻至25℃室溫；

步驟403、拉拔：將步驟402中真空退火后的逐條進行2道次拉拔，每道次拉拔的徑向減徑量均為0.1mm，最終得到截面形狀為圓形，截面直徑為1.5mm的鈷基合金焊條。

實施例3

本實施例所要制備的鈷基合金焊絲包括以下質(zhì)量百分比的成分：C：1.2％、Cr：29％、W：4.7％、Si：1.2％、Mo：0.1％、Fe：1.5％、Ni：2.2％、B：0.05％、Mn：0.3％、Co：余量。結合圖1，本實施例利用如實施例1所述反重力真空吸鑄成型設備制備鈷基合金焊絲的方法包括以下步驟：

步驟一、初熔：將B質(zhì)量含量為8％的Ni-B中間合金和Mn質(zhì)量含量為50％的Ni-Mn中間合金用Ni箔包覆后加入到料斗11中，將其余所有的合金元素加入到坩堝6中，然后對真空感應熔煉爐1進行抽真空處理，待爐內(nèi)壓力降至6×10^-2Pa后，利用感應線圈5加熱熔融坩堝6中的物料，精煉12min后停止加熱，待坩堝6中的熔融物料凝固后，將料斗11中的物料加入到坩堝6中，接著向真空感應熔煉爐1內(nèi)通入氬氣，直至爐內(nèi)壓力為0.06MPa為止，之后繼續(xù)利用感應線圈5加熱熔融坩堝6中的物料，精煉12min后停止加熱，待坩堝6中的熔融物料凝固后，再次利用感應線圈5加熱熔融坩堝6中的物料，精煉6min后停止加熱，冷卻后脫模，得到規(guī)格為Φ45mm×250mm鑄錠；

步驟二、重熔：將步驟一中所述鑄錠切塊后加入到坩堝6中，然后對真空感應熔煉爐1進行抽真空處理，待爐內(nèi)壓力降至5Pa后，利用感應線圈5加熱坩堝6中的物料，待坩堝6中的物料開始熔融后停止加熱，向真空感應熔煉爐1內(nèi)通入氬氣，直至爐內(nèi)壓力為0.06MPa為止，之后繼續(xù)利用感應線圈5加熱坩堝6中的物料直至其完全熔融，得到合金熔液；

步驟三、反重力真空吸鑄：將石英管束9放入真空感應熔煉爐1中，然后開啟真空泵3進行抽真空處理，使真空感應熔煉爐1內(nèi)的氣體抽吸至真空罐2中，在真空表4讀數(shù)為0.06MPa的條件下，將石英管束9插入至步驟二中所述合金熔液中進行反重力真空吸鑄，待合金熔液充滿石英管束9后，停止抽真空，對充滿合金熔液的石英管束9進行水淬處理，然后脫除石英管束9，得到截面形狀為圓形，截面直徑為6.0mm的鑄條；

步驟四、對步驟三中所述鑄條依次進行以下處理：

步驟401、旋鍛：對鑄條進行多道次旋鍛，旋鍛的加工參數(shù)見表2。

表2實施例3鑄條旋鍛加工參數(shù)

步驟402、真空退火：將步驟401中旋鍛后的鑄條置于真空退火爐中，在真空度≤5.0×10^-1Pa的條件下，將旋鍛后的鑄條先以10℃/min的升溫速率升溫至900℃后保溫30min，然后以4℃/min的升溫速率升溫至1200℃后保溫30min，之后隨爐冷卻至400℃，最后充氬冷卻至25℃室溫；

步驟403、拉拔：將步驟402中真空退火后的逐條進行4道次拉拔，每道次拉拔的徑向減徑量均為0.05mm，最終得到截面形狀為圓形，截面直徑為1.0mm的鈷基合金焊條。

實施例4

本實施例所要制備的鈷基合金焊絲包括以下質(zhì)量百分比的成分：C：1.4％、Cr：28％、W：5％、Si：1.5％、Mo：0.15％、Fe：1.8％、Ni：2.8％、B：0.08％、Mn：0.25％、Co：余量。結合圖1，本實施例利用如實施例1所述反重力真空吸鑄成型設備制備鈷基合金焊絲的方法包括以下步驟：

步驟一、初熔：將B質(zhì)量含量為10％的Ni-B中間合金和Mn質(zhì)量含量為40％的Ni-Mn中間合金用Ni箔包覆后加入到料斗11中，將其余所有的合金元素加入到坩堝6中，然后對真空感應熔煉爐1進行抽真空處理，待爐內(nèi)壓力降至9×10^-2Pa后，利用感應線圈5加熱熔融坩堝6中的物料，精煉15min后停止加熱，待坩堝6中的熔融物料凝固后，將料斗11中的物料加入到坩堝6中，接著向真空感應熔煉爐1內(nèi)通入氬氣，直至爐內(nèi)壓力為0.075MPa為止，之后繼續(xù)利用感應線圈5加熱熔融坩堝6中的物料，精煉15min后停止加熱，待坩堝6中的熔融物料凝固后，再次利用感應線圈5加熱熔融坩堝6中的物料，精煉10min后停止加熱，冷卻后脫模，得到規(guī)格為Φ50mm×250mm鑄錠；

步驟二、重熔：將步驟一中所述鑄錠切塊后加入到坩堝6中，然后對真空感應熔煉爐1進行抽真空處理，待爐內(nèi)壓力降至10Pa后，利用感應線圈5加熱坩堝6中的物料，待坩堝6中的物料開始熔融后停止加熱，向真空感應熔煉爐1內(nèi)通入氬氣，直至爐內(nèi)壓力為0.075MPa為止，之后繼續(xù)利用感應線圈5加熱坩堝6中的物料直至其完全熔融，得到合金熔液；

步驟三、反重力真空吸鑄：將石英管束9放入真空感應熔煉爐1中，然后開啟真空泵3進行抽真空處理，使真空感應熔煉爐1內(nèi)的氣體抽吸至真空罐2中，在真空表4讀數(shù)為0.07MPa的條件下，將石英管束9插入至步驟二中所述合金熔液中進行反重力真空吸鑄，待合金熔液充滿石英管束9后，停止抽真空，對充滿合金熔液的石英管束9進行水淬處理，然后脫除石英管束9，得到截面形狀為圓形，截面直徑為6.0mm的鑄條；

步驟四、對步驟三中所述鑄條依次進行以下處理：

步驟401、旋鍛：對鑄條進行多道次旋鍛，旋鍛的加工參數(shù)見表3。

表3實施例4鑄條旋鍛加工參數(shù)

步驟402、真空退火：將步驟401中旋鍛后的鑄條置于真空退火爐中，在真空度≤5.0×10^-1Pa的條件下，將旋鍛后的鑄條先以10℃/min的升溫速率升溫至900℃后保溫30min，然后以4℃/min的升溫速率升溫至1200℃后保溫30min，之后隨爐冷卻至400℃，最后充氬冷卻至25℃室溫；

步驟403、拉拔：將步驟402中真空退火后的逐條進行3道次拉拔，每道次拉拔的徑向減徑量均為0.1mm，最終得到截面形狀為圓形，截面直徑為1.2mm的鈷基合金焊條。

實施例5

本實施例所要制備的鈷基合金焊絲包括以下質(zhì)量百分比的成分：C：0.9％、Cr：30％、W：4.5％、Si：1.0％、Mo：0.3％、Fe：1.0％、Ni：2.0％、B：0.07％、Mn：0.2％、Co：余量。結合圖1，本實施例利用如實施例1所述反重力真空吸鑄成型設備制備鈷基合金焊絲的方法包括以下步驟：

步驟一、初熔：將B質(zhì)量含量為4％的Ni-B中間合金和Mn質(zhì)量含量為40％的Ni-Mn中間合金用Ni箔包覆后加入到料斗11中，將其余所有的合金元素加入到坩堝6中，然后對真空感應熔煉爐1進行抽真空處理，待爐內(nèi)壓力降至1×10^-2Pa后，利用感應線圈5加熱熔融坩堝6中的物料，精煉10min后停止加熱，待坩堝6中的熔融物料凝固后，將料斗11中的物料加入到坩堝6中，接著向真空感應熔煉爐1內(nèi)通入氬氣，直至爐內(nèi)壓力為0.08MPa為止，之后繼續(xù)利用感應線圈5加熱熔融坩堝6中的物料，精煉10min后停止加熱，待坩堝6中的熔融物料凝固后，再次利用感應線圈5加熱熔融坩堝6中的物料，精煉5min后停止加熱，冷卻后脫模，得到規(guī)格為Φ40mm×250mm鑄錠；

步驟二、重熔：將步驟一中所述鑄錠切塊后加入到坩堝6中，然后對真空感應熔煉爐1進行抽真空處理，待爐內(nèi)壓力降至1Pa后，利用感應線圈5加熱坩堝6中的物料，待坩堝6中的物料開始熔融后停止加熱，向真空感應熔煉爐1內(nèi)通入氬氣，直至爐內(nèi)壓力為0.08MPa為止，之后繼續(xù)利用感應線圈5加熱坩堝6中的物料直至其完全熔融，得到合金熔液；

步驟三、反重力真空吸鑄：將石英管束9放入真空感應熔煉爐1中，然后開啟真空泵3進行抽真空處理，使真空感應熔煉爐1內(nèi)的氣體抽吸至真空罐2中，在真空表4讀數(shù)為0.05MPa的條件下，將石英管束9插入至步驟二中所述合金熔液中進行反重力真空吸鑄，待合金熔液充滿石英管束9后，停止抽真空，對充滿合金熔液的石英管束9進行水淬處理，然后脫除石英管束9，得到截面形狀為圓形，截面直徑為6.0mm的鑄條；

步驟四、對步驟三中所述鑄條依次進行以下處理：

步驟401、旋鍛：對鑄條進行多道次旋鍛，旋鍛的加工參數(shù)見表4。

表4實施例5鑄條旋鍛加工參數(shù)

步驟402、真空退火：將步驟401中旋鍛后的鑄條置于真空退火爐中，在真空度≤5.0×10^-1Pa的條件下，將旋鍛后的鑄條先以10℃/min的升溫速率升溫至900℃后保溫30min，然后以4℃/min的升溫速率升溫至1200℃后保溫30min，之后隨爐冷卻至400℃，最后充氬冷卻至25℃室溫；

步驟403、拉拔：將步驟402中真空退火后的逐條進行1道次拉拔，拉拔的徑向減徑量為0.1mm，最終得到截面形狀為圓形，截面直徑為1.0mm的鈷基合金焊條。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制。凡是根據(jù)發(fā)明技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內(nèi)。