高温合金的真空感应超纯净熔炼

常为０２ ． ％一。ｓ 添加剂少时很难制得组织均匀致密的材 ％。
料， 不能得到充分的效果 ； 添加量多时， 添加剂会在加热中与
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采用ＣＯ用涡获得了很好的熔炼效果〔。 ａ ，
氧化钙增涡精炼过程特别适合干各种磁薄膜喷溅合金． 可获得低气体含量， 洁净、 均匀的合金
氧化镁及氧化钙反应． 生成大量的低熔点的化合物， 可以认为
ｖ ｗ ｄ Ｓ ｍｅ ｘｌ ｒ ｔｃ ｎ ａ ｃｏｒａ － ｉ ｅ ． ａ ｉａｙ ｈ ｉ ｌ ｅ ｏ ｕ ｉ ｅ ｃ
Ｖ Ｍ ｆ ｉ ｏ ｓｐｒ ｌ ａ ａ ｏ ｃｓ ｄ Ｉ ｒ ｉｎ ｆ ｅａｏ ｒ ｌ ｄ ｕｓ ． ｅｎ ｇ ｕ ｌｙ ｓ ｉ ｅ ｅ ｓ
Ｋ ｙ ｒｓ ｓｐｒｌ ｓ Ｖ Ｍ， ｎ ｇ ｅ ｗ ｄ ｅ ｌｙ， ｒｉｎ ｏ ｕ ａｏ Ｉ ｅ ｉ ｆ
（１ （２
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ
Ｉ ｔｕ ｏ Ｍｅ ｌ ｅｒ ，ｈ ｅ Ａ ａｅ ｙ Ｓｉ ｃｓＳｅｙｎ １０１，ｈ ａ ｎ ｉ ｔ ｆ ｔ Ｒ ｓ ｃ Ｃ ｔ ｓ ｃ ｍ ｏ ｃ ｎｅ．ｈｎａｇ ０６Ｃ ｍ ） ｓ ｔ ｅ ａ ｅ ａ ｈ ｎ ｅ ｄ ｆ ｅ １
Ｄ ｐｒ ｎ ｏ Ｍａｅｉｓ ｇｎｅｉ ， ｎ ａｇ ｉ ｒ ｔ， ｎａｇ ０４ ．ｈ ａ ｅａｔ ｔ ｔ ａ Ｅ ｉ ｒ ｇＳ ｅｙｎ Ｕ ｖ ｓ ｙＳ ｅｙｎ １ ０４Ｃ ｍ ） ｍｅ ｆ ｒ ｌ ｎ ｅ ｎ ｈ ｎｅｉ ｈ １
时Ｃ Ｏ耐火材料的高温性能不利 ． ａ 会损害其耐炉渣侵蚀性
与使用传统耐火材料熔炼相比， ａ 用ＣＯ柑涡精炼的Ｎ－ ｉ Ｆ ，， ｌ ，Ｆ－ － Ａ Ｓ合金， 其渗磁比率值提高２ 倍ｐ： －３ ０ 。另一个较
大的优点是同一批料的均匀性相当好。
２２ 过滤 ．
陶瓷过滤的研究集中于两方面， 一是过滤材质、 制造工艺
ｒ） 精炼 合金化及浇注均在真空条件下进行， Ｉ金属熔化， 避免 了 金属液体与大气的相互作用而被污染口
（） ２真辛下碳具有很强的脱氧能力， 其产物 Ｃ Ｏ被抽至系
统之外． 克服了采用脱氧剂时脱氧产物残存丁金属液体中所
造成的污染
照出川通等人提供的数据 ， 。 耐火材料生成 自由能为负 巧。℃ 值的大小顺序为：
过滤网的材质分刚玉质及Ｃ Ｏ质两大类 两者的过滤机 ａ 制不同。刚玉质卞要是物理吸附原理 ；ａ Ｃ Ｏ质则王要是化学
反应机制
对过滤后的过滤网进行扫描电镜（Ｅ 分析表明， Ｓ Ｍ） 对
起蟠变及其它性能的极大变化。 另外， 使用ＣＯ拼竭精炼时， ａ 在ＣＯ柑祸壁上提供了Ｎ 基高温合金最佳的精炼条件 ａ ｉ 本溪钢铁研究所研制的Ｃ０甜涡用于高温合金的ＶＭ ａ Ｉ 熔炼， ｌ 氧在 Ｏｐ ｐｍ以下， Ｎ在２ｐｍ以下， Ｉ ０ｐ 硫在 Ｏｐ ｐｍ以下。
（ ） Ｏ衬 火材料脱 Ｏ， Ｓ的机理 ３Ｃ ａ Ｎ， 当Ａ 加人到合金液中后， ｌ 发生如 卜 反应
２Ａ］ ＿ １ Ｉ － Ｉ＋３０ ， ＝Ａ Ｏ
脱 ５反应发牛在增祸壁上 ；
科材料
ＡＴ Ｓ Ｍ标准以下。 ｒ Ｃ 是优秀的抗腐蚀及抗氧化材料， 其熔点 近１９０ 且脆性较大 对Ｃ 合金像对Ｆ 及Ｎ 合金一样可 ９０ Ｃ． 丁 ｅ ｉ
Ｉ ｔｉｐｐｒ ｃａａｔ ｉｉ ａｄ ｌａｏｓ Ｖ Ｍ ｓｐｒ ｉ ｎ ｏ ｓｐｒ ｌ ｓ ｒ ｎ ｓ ｅ ｔｅ ｒ ｅｓｃ ｎ ａｐｃｔ ｎ ｏ Ｉ ｉ ｕｅ ｒｆ ｉ ｆ ｅａｏ ａ ｅ ｈ ａ ｈ ｈ ｃ ｒ ｔｓ ｐ ｉ ｉ ｆ ｎ ｅｎ ｇ ｕ ｌ ｙ ｒ ｅ
ｒａ ｎ ｉ
及性能的研究； 二是过滤器形状、 安放位置， 过滤机制及过滤
效果的研究 过滤网去除夹杂物的机制有以下三种 ： 夹杂物颗粒的尺
已证明Ｃ ０钳涡可以用于氧化物类超导材料（ ａ 含有Ｒ ｅ 或碱土金属） 的熔炼， 它可以很容易地把一些特别活泼的金属 熔化在 一 起形成母合金ｕ ｕ然后用于喷溅形成薄膜或棒。另
工艺措施
１ 真空感应熔炼（Ｉ 的特点 ＶＭ）
ＶＭ 是一种成熟的真空熔炼方法， 工 是生产超纯净钢及合
金的主要熔炼方法之 一 ：它的任务主要是为重熔提供纯净的
后来 ＣＯ很少作为琳 ａ Ａ材料使用， 主要有两个原因： 一是 ＣＯ在空气中容易水化； ａ ＿是Ｃ０容易与酸性氧化物成渣 ａ 近些年来 ａ Ｃ０良好的脱 Ｏ Ｎ， ’ ， ［ 〕 Ｓ＝ 及去除杂质的能 一
力少已经很清楚 厂 另一方面， 。 防水化和耐火材料的烧结技术
白耗电极和精密铸造零件（ 包括母合金的熔炼） 。真空感应熔
炼具有以下特点
已使ＣＯ耐火材料能够达到实用水平 ａ （ ） Ｏ衬 火材杆的稳 定性 ２Ｃ ａ
从热力学上来说，ａ 是最稳定的氧化物之 一与各种 Ｃ（ 〕
熔融金属几乎都不发生反应 ， 以是制造柑祸 的较佳材料 按 所
咬 针合金中存在的气休及低熔点有害杂质兀幸可部分被
蒸发去除． 强烈的电磁搅拌可加快反应速度， 并使熔池温度及
成分均匀
（） ５铸件质量均匀， 熔炼与浇铸操作容易 （） ６冶炼过程中增祸耐火材料污染金属 （） ７仅靠真空感应熔炼不能有效地脱Ｓ 由于ＶＭ法存在上述（）（） Ｉ ６，７两个缺点， 所以要采取一
５八， Ｉ 从无渣的液态金属表面可以有效地去除 （ Ｃ Ｏ对火材料的应用实例 功 ａ
如果 有活性金属元素（ 如 Ｔ， Ｚ ， Ｒ 等） 例 ｉ ｒ ｒＨ 及 ｅ 存 Ｃ ， ｆ 在， 则高熔点的氧化物将使合金液含Ｏ及杂质。所以对于含 丁，ｆ ｉ 等元素的合金， Ｃ 以往认为不能在普通的耐火材料中熔 炼 而在 Ｃ０增锅中熔炼则将成为可能。 ａ 高密度的磁性记录金属及合金含有许多稀有元素、 高蒸
ｃ） ３可以精确地控制成分， 特别是对 Ａ ， ｉ １ ， Ｚ 等易 Ｔ Ｂ及 ｒ
烧损兀奈可控制在很窄范围之内
Ｃ０ Ｏ， ０ ＞ ） Ｍｇ ＞ ， Ｓ ＞ Ｏ ， ｆ， ｒ ， Ａ （＞ ０ ＴＯ＞ ｝ ， ａ ％Ｈ ＞Ｚ － ｌ ， ， Ｃ ０ ｝ 即Ｃ Ｏ最稳定， ａ 因此在高温合金的熔炼温度下被活性合 金元素还原的量要少得多， 从而减少了向金属液体中的供氧
止在作为轻的耐热合金而加以关注， 其强度已超过 Ｎ 基合 ｝
金． 对丁形状记忆合金 ＮＴ ， ｉｉ 原来采用石墨柑塌熔炼， 但存在
Ｃ及 Ｏ的污染及小均 匀问题 。 采用 Ｃ ０川祸熔炼 ， Ｃ Ｏ 含 ａ 其 ，
量均降低， 其耐腐蚀及疲劳寿命得到提高
（ ） ０对 火材料的防水化 ５Ｃ ８ 延缓氧化钙水化速度的办法 般有两种 ’： 是高温锻 一
２ 世纪 ５ 年代后期 在美国Ｃ ０址涡用于铀合金的熔炼 ‘ ０ ０ ａ 。
一步熔炼时， 不出现浮渣； 母合金铸锭表面光洁； 不含或含极 少气孔、 缩孔 调整好母合金的各种性能。
国内外现在采 用的高温合金熔炼方法有 Ｖ Ｍ， Ａ ， Ｉ Ｖ Ｒ
Ｅ Ｒ，Ｂ Ｈ ，Ｂ Ｓ Ｅ Ｃ Ｒ Ｅ Ｒ或其中的两种或三种方法的结合， 其中以 Ｖ１ 应用最为厂泛。 １ １ 本文论述 ＶＭ 方法的特点、 用及辅助 Ｉ ｆ ／
城 助 工 艺措 施 关钳词 高温合金 ＶＩ 精炼 Ｍ
Ｓｐｒ ｆ ｉｇ Ｓｐｒｌ ｙ ｂ Ｖ Ｍ ｕ ｅ Ｒ ｉ ｎ ｏ ｕ ｅａ ｏｓ Ｉ ｅｎ ｆ ｌ ｙ
Ｎｕ ｎｉ ＇ ｕ Ｘａｆ ｇ ｉ Ｔ ｏ ａｇ ｎ ＇ ｕｎ ｎｒｎ ＇ ｕ ｕｎｇ ｉＪ ｐ ｇ＇ ｎ ｏ ｎ＇ ｎ ＇ ｎ Ｋ ｎ ｉ ｎ ｚ ａ Ｓ ｉ ｅ Ｊ ａ Ｙ ｅ Ｇ ａ Ｈ ｇｏｇ ｅ Ｈ ６ ａｇｉ ｈ ＇
寸 大于孔的尺 寸 或与孔的尺寸相近将被过滤网筛住； 比孔的 尺寸小一些的夹杂物顺粒将被存在于过滤网孔间的粘结块枯 住而过德， 这些粘结块是由于夹杂物颖粒不断吸附于已经存 在于过滤网孔间的夹杂物顺粒表面而形成的； 比过德孔径尺 寸小得多的颗粒可能由于与 过滤网接触产生化学反应或被网 间的金属液夹住，
０ 引言
高温合金是以第粗卞族元紊为基， 可以在高温下承受较 大应力． 而几具有较高的组织稳定性和抗氧化性的合金， 它分 为镍基、 钻基和铁基高温合金三大系列 现代高温台金具有合
金化程度高 易形成偏析、 微量兀索难以控制和掌握、 合金对 气体及杂质元索含量要求严格等特点． 因此高温台金的熔炼 必须采用一些特殊的熔炼方法。 熔炼高温合金的母合金时， 要
高温合金的真空感应超纯净熔炼／ 牛建平手
高温合金的真空感应超纯净熔炼
牛建平’ 孙晓峰， 金 ・ “
ｒ 自 Ｆ 涛’ 杨克努‘ 管恒荣‘ 胡壮麒
（ 中国科学院金属研究所， １ 沈阳 １０１： 沈阳大学材料 １ １０６ ２ 程系 沈阳 １０４） １０４
ＶＭ 超 讨论 了高温合 全真空 感应熔炼 的 抽要 论 述 了真空感应惊炼 （ Ｉ ） 纯 净 高混合 金工 艺方法 的特 点及应用 。
以采用（ ０钳竭精炼。 ＇ ａ 金属间化合物山十具有高的强度和硬度止在作为未来材
２Ａ ｌ ａ ３ 二３ ａ ＋Ａ ， ］ Ｃ Ｓ Ｉ 厂 ｌＴ Ｏ＋ ３ Ｃ ［ Ｓ Ｏ 以上两个反应生成的 Ａ， 在ＪＡ＇或壁 Ｆ Ｉ Ｏ ＃ ｌ ， ． 形成渣 ：
ｎ Ｉ ｝ ａ Ｏ， ｍＣ ｏ Ａ， Ｏ， Ｃ Ｏ＝ｎ ， ・ ａ ｍ ＡＩ
料被研究， 其中含有大量的活性金属如Ａ 及丁 ， ｌ １找成型及加
工技术正在快速发展 Ｃ Ｏ柑锅精炼将与Ｃ ０精密铸模一起 ａ ａ
随着 Ｌ 述反应的进行， Ｎ反应 ２Ｎ ＝Ｎ 今 脱 仁 乃 ： 也加速进
应用于其合金的熔炼 卜“ ［：
对 ＴＡ 元 ＿ 系 ’， ｌＴＡ 及 Ｆ ｌ 特 别是 对十 ＩＡ ｉｌ １ Ａ ， ｌ ｉ ｉ ｉ ， Ａ ｉｌ
二建平： １６年生． 教授， 研究 Ｅｍ ｉｎ １ ＠ ｏ ａ． 男， ２ ９ 副 博士 生 －ａ： ４ １ｔ ｉｃ ｌ ０ ， ｍ ｌｏ ｊ ｐ ｍ
万方数据
・２ ・ ｓ
材抖 导报
２０ 年 １ ０１ １月 第 １ ５卷 第 １ 期 １ 用 Ｃ ０柑祸熔炼 Ｔ 合金ｕ使其杂质含量降低到 ａ ｉ ｊ
烧或电熔； 二是加入适 当的添 加剂。常用的添 加剂有 Ｂ０， ａ Ｍｇ Ａ Ｏ ． ＺＯ等， Ｏ， ， Ｏ ， Ｉ Ｆ， ｎ ｅ 最好采用复合添加剂． 加入量通
气压元素及稀有金属 最初采用电弧熔炼及电子束重熔两种 方法， 但都存在合金元素含量控制方面的问题。 可采用的另一
种方法是粉末烧结， 但由于产品的多孔性， 其含Ｏ量较高 。 而
一方面， ＣＯ精炼的母合金， 用 ａ 由于其 Ｏ含量及杂质含量较
低。 其超导性也较好
由干采用ＣＯ柑涡熔炼的特殊钢的气体及杂质含量很 ａ
低． 提高 ｒ 产品的疲劳寿命 ， 所以广泛应用于高质量的计算机
上的弹簧和打印头的制作Ｐ： ％
Ｃ ０用于高纯 Ｎ 基高温合金的熔炼， ａ ， 主要是用于气体 发动机涡轮叶片、 舵等零件的母合金的生产 ． 盘、 这些零件要 求具有高温强度， 耐腐蚀性、 塑性、 可铸性、 可锻性和 可 焊性， 同时ｐ－（ ｐ 百万分之］） Ｌ 数量级的 Ｏ， Ｓ含量的要求是必须 Ｎ， 的 因为徽小的杂质含量的变化， 特别是 Ｏ Ｎ， 的变化会引 ， Ｓ
些辅助 」 ＿ 艺措施 。
达到以下要求一： ，满足徽量兀素的化学成分含量的严格规定 二
尽量夫除有害杂质（ Ｏ， Ｓ Ａ ，ｂＳ，ｂ ・ 如 Ｎ，， ．Ｓ ，ｉ 等）以保证 下 Ｐ
２ Ｉ 法的辅助工艺措施 ＶＭ
２１ 采用Ｃ Ｏ耐火材料 ． ａ
（ ） ０ Ａ 火材料的应用史 １Ｃ ｔ ａ 试图把 Ｃ Ｏ作为熔炼用耐火树料最早可追溯到 １７＇ ａ ８０ ， 的欧洲）。 但是第一次很好地记载并取得成功的结果是２ 世 ０ 纪５ 年代Ｆ ０ － ＂ ｒ ｅ ｈ ｓ ｉ 用ＣＯ柑祸进行高碳钢熔炼的平衡试验 ａ