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1、第一讲变形高温合金棒材的加工 2017年03月 卓伊 上海 实业有限公司新进技术员工培训课程 2017 03 06 变形高温合金 进行冷 热塑性变形加工后应用的高温合金 冷变形加工 低于再结晶温度使金属产生塑性变形的加工工艺 冷拔 冷轧 冷锻 冲压 冷挤压等 合金种类 GH3030 GH690 GH600 GH800GH4169 GH4145等热变形加工 高于再结晶温度使金属产生塑性变形的加工工艺 热轧 模锻 自由锻 热挤压等合金种类 Waspaloy IN718 GH742 U720Li等 1 变形高温合金及变形工艺 2017 03 06 3 变形高温合金的生产工艺 坯料生产 冶炼铸锭 均匀
2、化处理铸锭 锻造开坯棒材 型材 板 棒 丝 带零件 叶片盘件机匣等 2017 03 06 三 变形高温合金的生产工艺 3 1棒材的生产工艺 3 1 1冶炼工艺 2017 03 06 3 1 1冶炼工艺 1 真空感应熔炼 3 1棒材的生产工艺 结构 熔炼室加料室浇注室真空系统控制系统 2017 03 06 3 1 1冶炼工艺 1 真空感应熔炼 3 1棒材的生产工艺 结构坩埚 一般为MgO 线圈工作原理交变电流产生交变磁场交变磁场产生感应电流感应电流转化为热能 2017 03 06 3 1 1冶炼工艺 1 真空感应熔炼 3 1棒材的生产工艺 电流分布特征 集肤效应电磁力 液体流动有益作用 均匀钢液
3、温度使钢液均质改善物化反应动力学条件如脱氧 夹杂物上浮等有害作用 冲刷炉衬夹杂物卷入钢液 关键参数 功率真空度 2017 03 06 3 1 1冶炼工艺 1 真空感应熔炼 3 1棒材的生产工艺 基本工艺 装料 熔化 精炼 合金化 出钢浇注 炉体破空A 装料 冷装料和热装料冷装法 固体炉料直接装入坩埚化学成分清楚不得有锈蚀 油污原材料须干燥块料大小适中 形状规则 堆积密度大二次块料要小纯金属为宜热装法 初炼炉熔炼的钢水专注入真空感应炉的坩埚内 2017 03 06 3 1 1冶炼工艺 1 真空感应熔炼 3 1棒材的生产工艺 基本工艺 装料 熔化 精炼 合金化 出钢浇注 炉体破空B 熔化 使炉料顺
4、利熔化脱氢 去除杂质元素 有限地脱氮初熔期 熔化中期 熔化末期初熔期 高真空度下加热炉料 10Pa 至炉料开始熔化炉料表面吸附的气体被逐渐排除坩埚等吸附的气体 H2O H2 CxHy等 大量释放 当炉料温度达到1000 时 真空度最低 要求 最大功率 高真空 2017 03 06 3 1 1冶炼工艺 1 真空感应熔炼 3 1棒材的生产工艺 基本工艺 装料 熔化 精炼 合金化 出钢浇注 炉体破空B 熔化 初熔期 熔化中期 熔化末期熔化中期 从坩埚底部炉料开始熔化起 至80炉料熔化保持合理的熔化速度维持钢液轻微沸腾避免钢液喷溅 关闭抽气阀 停止供电 等 防止 架桥 熔化末期 保证炉料全部熔化 提升
5、钢液温度 为精炼期准备清除脱硫炉渣等标志 熔池表面平静 无气泡逸出 2017 03 06 3 1棒材的生产工艺 基本工艺 装料 熔化 精炼 合金化 出钢浇注 炉体破空C 精炼 提高钢液的纯净度 为加入易氧化元素和微量有益元素作准备降低 C O N 的含量关键参数 温度 高温有利于脱N 脱C 去除有害杂质高温高真空度加剧坩埚供养真空度 高真空有利于精炼钢液过高真空度增加元素挥发 促进液体与坩埚反应 增加O含量精炼时间 时间过长有利于净化钢液但增加O含量 3 1 1冶炼工艺 1 真空感应熔炼 2017 03 06 2017 03 06 2017 03 06 3 1棒材的生产工艺 基本工艺 装料 熔
6、化 精炼 合金化 出钢浇注 炉体破空D 合金化 O N H降至最低含量 加入活泼元素和微量有益元素 景区调整化学成分和钢液温度 达到出钢要求 活泼元素加入顺序 Al Ti Zr B Re 此后加入Mg和Ca要点 低温加入电磁搅拌使微量元素均匀 3 1 1冶炼工艺 1 真空感应熔炼 2017 03 06 3 1棒材的生产工艺 基本工艺 装料 熔化 精炼 合金化 出钢浇注 炉体破空E 出钢浇注 分上注法和下注法上注法 漏斗浇注 挡渣器浇注和中间包浇注浇注温度 熔点以上60 80 下注法 表面质量好 可以放多个锭模F 炉体破空 破空后立即清除干国内表层的浮渣 减少O含量减少破空次数 3 1 1冶炼工
7、艺 1 真空感应熔炼 2017 03 06 3 1棒材的生产工艺 3 1 1冶炼工艺 1 真空感应熔炼 宝钢12t真空感应炉照片 2017 03 06 3 1 1冶炼工艺 1 真空感应熔炼 缺点 偏析严重缩孔太深疏松等缺陷太多成才率低 2017 03 06 3 1棒材的生产工艺 3 1 1冶炼工艺 2 真空自耗重熔 2017 03 06 3 1 1冶炼工艺 2 真空自耗重熔 3 1棒材的生产工艺 工作原理 电极和铸锭顶部熔池之间产生直流电弧 使电极顶部不断熔化 熔滴滴入熔池 熔池持续凝固的过程 2017 03 06 3 1 1冶炼工艺 2 真空自耗重熔 3 1棒材的生产工艺 2017 03 0
8、6 3 1 1冶炼工艺 2 真空自耗重熔 3 1棒材的生产工艺 关键工艺参数 熔速过高易出黑斑过低易出白斑熔滴频率一般短弧冶炼氦冷强度过低偏析重过高易逸出并易出白斑 2017 03 06 真空自耗熔炼凝固偏析 真空自耗凝固的复杂性 液体流动 热浮力 沿中心线 洛伦兹力 沿中心线 工艺参数交互作用 电流 电压 液体流动熔速 熔池深度电弧间隙 电极表面熔化行为 液体传输行为真空度或CO压力 熔化行为冷却条件 枝晶间距 熔池形状合金 凝固区间 偏析倾向 2017 03 06 真空自耗熔炼凝固偏析 真空自耗锭的凝固偏析种类 微观偏析 枝晶偏析宏观偏析 黑斑 强化元素在较大区域富集白斑 强化元素在较大区
9、域贫化 孤立白斑 冠状物脱落 枝晶白斑 缩孔掉块 凝固白斑 局部过度生长年轮 铸锭横截面类似 年轮 的组织成因 冶炼状态的波动柱晶 等轴晶 柱晶 2017 03 06 2017 03 06 真空自耗熔炼凝固偏析 一 立项依据 真空自耗锭的凝固偏析种类 微观偏析 枝晶偏析宏观偏析 黑斑 强化元素在较大区域富集白斑 强化元素在较大区域贫化 孤立白斑 冠状物脱落 枝晶白斑 缩孔掉块 凝固白斑 局部过度生长年轮 铸锭横截面类似 年轮 的组织成因 冶炼状态的波动柱晶 等轴晶 柱晶 2017 03 06 3 1 1冶炼工艺 2 真空自耗重熔 3 1棒材的生产工艺 2017 03 06 3 1 1冶炼工艺
10、3 电渣重熔 3 1棒材的生产工艺 2017 03 06 3 1 1冶炼工艺 3 电渣重熔 3 1棒材的生产工艺 益处 减少缩孔和疏松保障自耗工艺稳定 减少黑斑 减少掉块 减少白斑 提高纯净度脱S 去夹杂缺点 熔池深陡偏析倾向大 2017 03 06 508mm铸锭低倍组织 无黑斑和白斑等宏观偏析缺陷组织均匀 冶金质量较好 3 1棒材的生产工艺 2017 03 06 坯料生产 冶炼铸锭 均匀化处理铸锭 锻造开坯棒材 型材 板 棒 丝 带零件 叶片盘件机匣等 3 1 2均匀化处理工艺 3 1棒材的生产工艺 2017 03 06 均匀化处理 高温扩散 消除枝晶偏析阶段性 有害相溶解 元素扩散关键因
11、素 熔点有害相稳定性元素扩散系数扩散距离 枝晶间距 3 1 2均匀化处理工艺 3 1棒材的生产工艺 2017 03 06 3 1 2均匀化处理工艺 3 1棒材的生产工艺 2017 03 06 心部析出相种类 元素分布及偏析 2017 03 06 熔化的硼化物形貌 熔化的Laves相形貌 熔点测定 3 1 2均匀化处理工艺 3 1棒材的生产工艺 2017 03 06 均匀化处理态组织 固溶硼化物 B原子溶入基体 固溶Laves相 P原子溶入基体 Nb扩散 3 1 2均匀化处理工艺 3 1棒材的生产工艺 2017 03 06 坯料生产 冶炼铸锭 均匀化处理铸锭 锻造开坯棒材 型材 板 棒 丝 带零
12、件 叶片盘件机匣等 3 1 3棒材锻造开坯工艺 3 1棒材的生产工艺 2017 03 06 3 1 3棒材锻造开坯工艺 3 1棒材的生产工艺 变形比 508mm 250mm温度 晶界相全溶温度以下再结晶温度以上速率 不易出裂纹不过分降温 2017 03 06 046 0035棒料低倍 金属所检验结果 尾部 拔长 锻造 头部 镦粗 拔长 锻造 金属所检验结果 低倍组织 3 1 3棒材锻造开坯工艺 3 1棒材的生产工艺 2017 03 06 046 0035棒材尾部拔长锻造金相组织 3 1 3棒材锻造开坯工艺 3 1棒材的生产工艺 2017 03 06 046 0035棒材头部 镦粗 拔长 金相组织 3 1 3棒材锻造开坯工艺 3 1棒材的生产工艺 2017 03 06
