要点：低温加入
电磁搅拌使微量元素均匀
2017-03-06
3.1.1 冶炼工艺 （1）真空感应熔炼
E、出钢浇注：分上注法和下注法
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 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
关键工艺参数:
熔速 过高易出黑斑 过低易出白斑 熔滴频率
3.1 棒材的生产工艺
一般短弧冶炼
氦冷强度 过低偏析重 过高易逸出并易
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出白斑
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
3.1 棒材的生产工艺
3.1.3 棒材锻造开坯工艺
心部
100μm
1/2R
边缘
100μm
100μm
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046-0035棒材头部‘镦粗+拔长’金相组织
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2017-03-06
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
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
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工艺作用越来越大
3. 变形高温合金的生产工艺
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
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3.1 棒材的生产工艺
冶炼铸锭 均匀化处理铸锭
三、变形高温合金的生产工艺
锻造开坯棒材
3.1.1 冶炼工艺
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第一讲
变形高温合金棒材的加工
2017年03月
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1. 变形高温合金及变形工艺
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、GH800 GH4169、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 2017-03-06
组织均匀，冶金质量较好
冷态尺寸 492mm
2017-03-06
3.1 棒材的生产工艺
3.1.2 均匀化处理工艺
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
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3.1.2 均匀化处理工艺
3.1 棒材的生产工艺
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 关键因素： 熔点 有害相稳定性 元素扩散系数 扩散距离：枝晶间距 均 匀 化
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熔化的Laves相形貌
3.1 棒材的生产工艺
3.1.2 均匀化处理工艺
均匀化处理态组织 ① 固溶硼化物 — B原子溶入基体 ② 固溶Laves相 — P原子溶入基体
③ Nb扩散
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3.1 棒材的生产工艺
3.1.3 棒材锻造开坯工艺
坯料生产：冶炼铸锭 ↓ 均匀化处理铸锭 ↓
3.1.1 冶炼工艺 （1）真空感应熔炼
B、熔化：初熔期、熔化中期、熔化末期
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
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，提升钢液温度，为精炼期准备 清除脱硫炉渣等
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
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
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20m
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100m
3.1 棒材的生产工艺
3.1.2 均匀化处理工艺
1mm
δ
Laves
δ
硼化物
Laves
硼化物
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2μm
1μm
心部析出相种类、元素分布及偏析
P
Nb
B
C
Ti
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3.1 棒材的生产工艺
3.1.2 均匀化处理工艺
熔点测定
熔化的硼化物形貌
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
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
2017-03-06
热装法：初炼炉熔炼的钢水专注入真空感应炉的坩埚内
3.1.1 冶炼工艺 （1）真空感应熔炼
B、熔化：使炉料顺利熔化
脱氢、去除杂质元素、有限地脱氮 初熔期、熔化中期、熔化末期
锻造开坯棒材
型材：板、棒、丝、带 零件：叶片
盘件
机匣等
2017-03-06
3.1 棒材的生产工艺
3.1.3 棒材锻造开坯工艺
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
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3.1 棒材的生产工艺
3.1.3 棒材锻造开坯工艺
2. 变形高温合金的应用及发展趋势
应用：航空、航天、航海、汽车； 核能、燃机；化工 发展趋势： ① 高温、高强：高推比、高效率发动机 常规合金 → 高强合金 → 粉末合金
IN718
Waspaloy
U720Li
IN100
② 大型化：地面燃机等（直径超过2m大型盘锻件） ③ 零件复杂化、轻薄化：整体叶盘、箔材、复杂管材 工艺难度越来越大
白斑：强化元素在较大区域贫化
①孤立白斑：冠状物脱落 ②枝晶白斑：缩孔掉块
③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
2017-03-06
柱晶→等轴晶→柱晶
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
金属所检验结果：低倍组织
20mm
20mm
头部‘镦粗+拔长’锻 尾部‘拔长’锻 造 造 046-0035棒料低倍 ——金属所检验结果
2017-03-06
3.1 棒材的生产工艺
3.1.3 棒材锻造开坯工艺
心部
100μm

046-0035棒材尾部拔长锻造金相组织
2017-03-06
Tilting Axis Tundish Mold
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
2017-03-06
关键参数：功率 真空度
夹杂物卷入钢液
3.1.1 冶炼工艺 （1）真空感应熔炼
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
2017-03-06
标志：熔池表面平静、无气泡逸出
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 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 棒材的生产工艺
2017-03-06
3.1.1 冶炼工艺 （3）电渣重熔
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。
3.1 棒材的生产工艺
提高纯净度
脱S，去夹杂 缺点： 熔池深陡
2017-03-06
偏析倾向大
3.1 棒材的生产工艺
508mm铸锭低倍组织：无黑斑和白斑等宏观偏析缺陷
2017-03-06
3.1.1 冶炼工艺 （2）真空自耗重熔
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
3.1 棒材的生产工艺
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
2017-03-06
3.1.1 冶炼工艺 （2）真空自耗重熔
3.1 棒材的生产工艺
3.1.1 冶炼工艺
（1）真空感应熔炼
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
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