脱气除渣工艺对镍基合金组织和性能的影响

发布时间：2020-09-25 22:47

　　随着宇航、航空和电子工业技术的飞速发展,对镍基合金质量的要求日益严格,尤其是对镍基合金中的精密合金线材,不仅要求其具有合格的化学成分和使用性能,而且要求其具有合格的内在质量与表面质量。在对某合金厂生产的镍基合金线材进行质量检测的过程中发现:存在于合金内部的非金属夹杂物是导致合金产品产生裂纹、断丝的主要原因。本文采用钢包底吹氩和泡沫陶瓷过滤两种脱气除渣工艺试制生产了镍基合金Cr20Ni35和4J43,并使用各种分析仪器对两种工艺生产出的合金进行气体元素和夹杂物含量的测定,研究两种工艺对合金显微组织和性能的影响。针对钢包底吹氩工艺,根据相似原理制作水模型进行实验室模拟,测定氩气流量等主要参数对工艺的影响,确定出Cr20Ni35合金和4J43合金底吹氩工艺的吹氩流量范围。工业应用结果表明:在合适的氩气流量下,底吹氩工艺可以使合金中氧元素和夹杂物的含量得到较好控制。在Cr20Ni35合金底吹氩实验中,当吹氩量为3L/min时,合金中氧元素含量与未吹氩时相比分别下降36%和23%;夹杂物总量分别减少24%和18%。在4J43合金底吹氩实验中,当氩气流量为5L/min时,合金中氧元素含量与未吹氩时相比下降51%,合金中夹杂物总量减少46%。吹氩后合金在室温下的各项力学性能也得到一定程度的提高。 4J43合金泡沫陶瓷过滤工艺工业应用结果表明:过滤工艺可以有效的去除合金中的夹杂物、提高合金在室温下的力学性能。与未过滤时相比,过滤后合金中夹杂物总量减少48%,合金的抗拉强度提高11MPa,延伸率提高10%。根据以上两种工艺工业应用的结果,采用吹氩+过滤工艺对该厂原有的合金生产工艺进行改进,并使用改进后的工艺试制生产了4J43合金。工业应用结果表明:改进后的工艺在去除合金中气体元素和夹杂物方面具有较好的稳定性,可有效的减少合金中的氧元素和非金属夹杂物,提高合金的各项性能。与该厂原有的电渣重熔工艺相比,改进后的吹氩+过滤工艺具有操作方便、易于控制、稳定性好且成本低廉的特点。从工业应用的角度讲,使用吹氩+过滤工艺不但可以对合金起到稳定的脱气除渣效果,还可节约大量的经济成本,是较为理想的合金生产工艺。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TG146.15
【部分图文】：

相图,二元合金系,相图,膨胀合金

金是用来制作电子仪器和测量仪表以及其他工业装置中的电阻元件、发元件的一种基础材料。阻合金是以其电阻特性为主要技术指标的镍基合金，一般要求它具有较阻值稳定，电阻温度系数小，加工性能好等特点。主要包括镍基高电仪表用镍基精密电阻合金、电阻应变计用镍基电阻合金及镍基非晶态i系膨胀合金4J43途为生产杜美丝芯材的4J43属于精密合金中的膨胀合金，其含镍要为铁。4J43合金占杜美丝复合材料的70~75%，由于其稳定的低于电光源中用作玻璃封接材料，适合于生产真空电子产品和灯泡产品材料取代这种传统的真空封接材料【‘6]。金4J43在380℃以下范围内具有稳定的膨胀系数，我国精密合金标注方是精密合金中的第四类膨胀合金，属Fe一Ni系的定膨胀合金。由Fe一i二1可知，4J43膨胀合金是稳定的奥氏体组织，Fe和Ni在组织中以无限固

曲线,氨气流量,氨气,行为

脱气除渣工艺对镍基合金组织和性能的影响表面紊流，如图3.2c)、d)所示。根据文献[43}报道，在底吹氢工艺中，这种细小、连续均匀的小气泡群最有利于合金液中夹杂物的去除。幼别忿勺几刀价竺愁a)蜘 <0.IL/minb)0.2<必<0.5L加ine)仇 >l.OL/mind)Qm>l.OL/min图3.2不同氨气流量下氨气泡的运动行为根据以上实验结果，通过计算可知:对于Cr20Ni35和4J43合金其合适的吹氢流量应介于3一7L/min之间。3.4.2不同气体流量下混匀时间的测定搅拌功率是吹氢搅拌过程的关键。搅拌功率太小，达不到均匀合金液成分和温度以及脱氧、脱硫的目的;搅拌功率太大则会引起卷渣、甚至喷溅。液体的混匀时间反映了合金液的搅拌功率。混匀时间越短，合金液的搅拌功率越大。在适当的气体流量范围内，尽量的减小混匀时间，可加速合金液的流动状态和循环速度，在一定程度上有利于提高底吹氢工艺的脱气除渣效果。物理模拟中选择氢气流量介于0.1一3L/min之间的15组不同的气体流量值，利用PH值法测定不同气体流量下溶液混匀时间随氢气流量的变化情况。实验结果如图3.3所示。4540353O252O151O5D的\厄蓄矽照 0005， 0152刀氢气流量/(L/.in 2530图3.3混匀时间随氨气流量的变化曲线从图中可以看出:在气体流量和混匀时间的关系曲线上存在ZL/min这一临界点。在该点之前

照片,透气砖,钢包,浇注温度

七 921.0~2.8七3.0之80七165013~15为避开钢水冲击区、提高透气砖寿命，根据相关文献132一]报道，将透气砖放置在钢包底1/2~1/3半径处，透气砖在钢包中的位置如图4.1所示，实物照片见图4.2。由于钢包体积小、温降快，下注法需浇注完成24根铸锭，要保证有足够的浇注温度和温降时间。因此，考虑吹氢时间受到出钢温度及浇注温度的限制，最终确定吹氢时间在1.smin以内。图4.1吹氖砖安装示意图图4.2吹氛砖安装实物照片在吹氢过程中，常出现的问题是:透气砖边缘处的包底侵蚀过快，多数原因是由于透气砖的边缘打结不实。因此，本实验根据以往生产经验，选用带座砖的整体式透气砖，先打结好透气砖边缘

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