阅读说明：本技术 一种镍基高温合金电极棒的制备方法 (Preparation method of nickel-based high-temperature alloy electrode bar ) 是由 唐洪奎 马宽 李安 王晨 宋嘉明 周晓明 梁书锦 赖运金 王庆相 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种镍基高温合金电极棒的制备方法,包括：步骤1、将镍基高温合金原材,铸造成母合金棒；步骤2、将步骤1中得到的母合金棒在热等静压炉中,进行热等静压；步骤3、将步骤2中热等静压后的母合金棒置入真空或氩气保护热处理炉中进行热处理；步骤4、将步骤3中热处理后的母合金棒进行粗车,制备成半成品电极棒；步骤5、将步骤4中粗车后的半成品电极棒进行精车,得到合格的成品电极棒。采用热等静压处理母合金棒材,使母合金中的裂纹和小气孔缺陷消失,提高了合金致密度,避免了电极棒再高速旋转过程中裂纹扩展断裂或质量不均匀导致电极棒跳动。(The invention discloses a preparation method of a nickel-based superalloy electrode rod, which comprises the following steps: step 1, casting a nickel-based high-temperature alloy raw material into a master alloy rod; step 2, carrying out hot isostatic pressing on the master alloy rod obtained in the step 1 in a hot isostatic pressing furnace; step 3, placing the mother alloy rod subjected to hot isostatic pressing in the step 2 into a vacuum or argon protection heat treatment furnace for heat treatment; step 4, roughly turning the master alloy rod subjected to the heat treatment in the step 3 to prepare a semi-finished electrode rod; and 5, carrying out finish turning on the semi-finished electrode bar subjected to rough turning in the step 4 to obtain a qualified finished electrode bar. The hot isostatic pressing treatment is adopted for the master alloy bar, so that the defects of cracks and small air holes in the master alloy disappear, the alloy density is improved, and the electrode bar jumping caused by crack propagation fracture or uneven quality in the high-speed rotation process of the electrode bar is avoided.)

一种镍基高温合金电极棒的制备方法

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，涉及一种镍基高温合金电极棒的制备方法。

背景技术

等离子旋转电极制粉法以金属或合金制成自耗电极棒，其端面受等离子体加热而熔融为液体，通过电极棒高速旋转的离心力将液体抛出并粉碎为细小液滴，冷凝为粉末的制粉方法，是制备高品质3D打印球形粉末的主要方法之一。

但是3D打印所需要的粉末为细粉(15～53μm)，为提高高温合金细粉收得率，电极棒转速需要到达24000r/min以上，在这种高转速下，电极棒承受极大的离心力，若电极棒中存在裂纹或大尺寸缩孔，会导致高速旋转的电极棒断裂或弯曲而损坏设备。因此，对电极棒内部缺陷要求非常严格。高温合金电极棒传统制备方法是将母合金棒，通过热轧、矫直、热处理、机加工等工艺，制备成电极棒，该工艺步骤多，而且高温合金热轧容易开裂，成品率低，增加成本，同时增加制粉过程中棒料断裂的风险。

发明内容

本发明提供一种镍基高温合金电极棒的制备方法，通过热等静压(HIP)处理，消除母合金中的裂纹及小尺寸缩孔，提高合金致密度，采用热处理使合金中成分均匀，提高合金强度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种镍基高温合金电极棒的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将镍基高温合金原材，铸造成母合金棒；

步骤2、将步骤1中得到的母合金棒在热等静压炉中，进行热等静压；

步骤3、将步骤2中热等静压后的母合金棒置入真空或氩气保护热处理炉中进行热处理；

步骤4、将步骤3中热处理后的母合金棒进行粗车，制备成半成品电极棒；

步骤5、将步骤4中粗车后的半成品电极棒进行精车，得到合格的成品电极棒。

步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、将镍基高温合金原材在真空感应熔炼炉中加热熔化，通过电磁搅拌30min，使合金成分均匀，铸造成母合金棒粗坯，尺寸为Φ80×750mm；

步骤1.2、将步骤1.1中母合金棒粗坯，通过电渣重熔熔炼，铸造成尺寸为Φ70×750mm的母合金棒；

步骤2中热等静压的温度为1050～1180℃，炉内压力＞120Mpa，保温3小时，随炉冷却，使微裂纹和小尺寸气孔闭合，提高母合金棒材致密度。

步骤3中热处理温度为980～1170℃，保温1～3小时后，取出在空气中冷却，提高合金强度。

步骤4中粗车的电极棒尺寸为Φ55～68±1mm，长度750±5mm，粗糙度＜6.3μm，直线度＜0.5mm。

步骤5中精车的电极棒尺寸为Φ55～68±0.5mm，长度750±5mm，粗糙度＜1.6μm，外圆跳动＜0.1mm。

本发明的有益效果是：

1、本发明舍弃了母合金棒材的热轧和矫直工序，避免了热轧过程中母合金开裂和氧化，提升了电极棒的成品率，降低了电极棒的加工成本；

2、本发明采用热等静压处理母合金棒材，使母合金中的裂纹和小气孔缺陷消失，提高了合金致密度，避免了电极棒再高速旋转过程中裂纹扩展断裂或质量不均匀导致电极棒跳动；

3、本发明采用热处理提高了电极棒的强度，避免电极棒高速旋转过程中弯曲；

4、本发明将母合金棒材机加工分成二步，第一步粗加工去除棒料氧化皮，第二步精加工的车削可以回收，降低了电极棒的生产成本。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种镍基高温合金电极棒的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将镍基高温合金原材，铸造成母合金棒；

步骤2、将步骤1中得到的母合金棒在热等静压炉中，进行热等静压；

步骤3、将步骤2中热等静压后的母合金棒置入真空或氩气保护热处理炉中进行热处理；

步骤4、将步骤3中热处理后的母合金棒进行粗车，去除氧化皮，制备成半成品电极棒；

步骤5、将步骤4中粗车后的半成品电极棒进行精车，得到合格的成品电极棒。

步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、将镍基高温合金原材在真空感应熔炼炉中加热熔化，通过电磁搅拌30min，使合金成分均匀，铸造成母合金棒粗坯，尺寸为Φ80×750mm；

步骤1.2、将步骤1.1中母合金棒粗坯，通过电渣重熔熔炼，铸造成尺寸为Φ70×750mm的母合金棒，除母合金棒中的非金属夹杂，降低母合金中硫、磷等杂质元素，提高母合金纯度；

步骤2中热等静压的温度为1050～1180℃，炉内压力＞120Mpa，保温3小时，随炉冷却，使微裂纹和小尺寸气孔闭合，提高母合金棒材致密度，热等静压后合金致密度＞99％。

步骤3中热处理温度为980～1170℃，保温1～3小时后，取出在空气中冷却，提高合金强度。

步骤4中粗车的电极棒尺寸为Φ55～68±1mm，长度750±5mm，粗糙度＜6.3μm，直线度＜0.5mm。

步骤5中精车的电极棒尺寸为Φ55～68±0.5mm，长度750±5mm，粗糙度＜1.6μm，外圆跳动＜0.1mm。

本发明直接采用二次熔炼的高温合金母材进行热等静压，舍弃了母合金的热轧和矫直工艺，提高了母合金棒材的成品率，同时避免了母合金热轧开裂问题，通过热处理进一步提高母合金棒材强度，通过粗车和精车加工至电极棒要求尺寸，使电极棒在等离子旋转电极制粉过程中转速达到24000r/min以上，提高了生产效率，降低了3D打印用细粉成本。

实施例1

本实施例为GH4169电极棒制备方法包括以下步骤：

步骤一，将GH4169原材料放入真空感应熔炼炉中加热熔化，通过电磁搅拌30min，使合金成分均匀，铸造成母合金棒粗坯，母合金棒粗坯尺寸Φ80×750mm；再通过电渣重熔熔炼母合金棒粗坯，铸造成Φ70×750mm的母合金棒；

步骤二，将步骤一中获得的母合金棒置入热等静压炉中，进行热等静压，热等静压温度1050℃，炉内压力＞120Mpa，保温3小时，随炉冷却；

步骤三，将步骤二中得到的GH4169母合金棒置入真空或氩气保护热处理炉中进行热处理，加热至温度980℃，保温1小时后，取出在空气中冷却；

步骤四，将步骤三获得的母合金棒进行粗车，加工至直径Φ68±1mm，长度750±5mm，粗糙度＜6.3μm，直线度＜0.5mm的半成品电极棒；

步骤五，将步骤四获得的半成品电极棒，加工成Φ67±0.5mm，长度750±5mm，粗糙度＜1.6μm，外圆跳动＜0.1mm的合格成品电极棒。

实施例2

本实施例为GH5188电极棒制备方法包括以下步骤：

步骤一，将GH5188原材料放入真空感应熔炼炉中加热熔化，通过电磁搅拌30min，使合金成分均匀，铸造成母合金棒粗坯，母合金棒粗坯尺寸Φ80×750mm；再通过电渣重熔熔炼母合金棒粗坯，铸造成Φ70×750mm的母合金棒；

步骤二，将步骤一中获得的母合金棒置入热等静压炉中，进行热等静压，热等静压温度1180℃，炉内压力＞120Mpa，保温3小时，随炉冷却；

步骤三，将步骤二中得到的GH5188母合金棒置入真空或氩气保护热处理炉中进行热处理，加热至温度1170℃，保温2小时后，取出在空气中冷却；

步骤四，将步骤三获得的母合金棒进行粗车，加工至直径Φ67±1mm，长度750±5mm，粗糙度＜6.3μm，直线度＜0.5mm的半成品电极棒；

步骤五，将步骤四获得的半成品电极棒，加工成Φ66±0.5mm，长度750±5mm，粗糙度＜1.6μm，外圆跳动＜0.1mm的合格成品电极棒。

实施例3

本实施例为GH4099电极棒制备方法包括以下步骤：

步骤一，将GH4099原材料放入真空感应熔炼炉中加热熔化，通过电磁搅拌30min，使合金成分均匀，，铸造成母合金棒粗坯，母合金棒粗坯尺寸Φ80×750mm；再通过电渣重熔熔炼母合金棒粗坯，铸造成铸造成Φ70×750mm的母合金棒；

步骤二，将步骤一中获得的母合金棒置入热等静压炉中，进行热等静压，热等静压温度1150℃，炉内压力＞120Mpa，保温3小时，随炉冷却；

步骤三，将步骤二中得到的GH4099母合金棒置入真空或氩气保护热处理炉中进行热处理，加热至温度1080℃，保温3小时后，取出在空气中冷却；

步骤四，将步骤三获得的母合金棒进行粗车，加工至直径Φ65±1mm，长度750±5mm，粗糙度＜6.3μm，直线度＜0.5mm的半成品电极棒；

步骤五，将步骤四获得的半成品电极棒，加工成Φ55±0.5mm，长度750±5mm，粗糙度＜1.6μm，外圆跳动＜0.1mm的合格成品电极棒。