CN114561550B - 一种能够防止重熔飞溅的钴铬钼合金熔炼方法 - Google Patents
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Abstract
一种能够防止重熔飞溅的钴铬钼合金熔炼方法，包括原料预处理、抽真空、感应预热、氩气分压、间歇熔炼、加压熔炼和停炉浇注步骤，间歇熔炼中通过不断调整电源功率，使合金材料处于外侧边缘部分熔化、且中心部分为固体的熔融状态，能够缩短后续加压熔炼的持续时间，降低金属液飞溅的可能；加压熔炼中由于氩气回填压力的作用，可有效避免液体在真空负压下发生的飞溅，并通过真空感应熔炼中的电磁作用，使合金液体搅拌翻腾至成分均匀状态，本发明采用全过程创新熔炼理念，通过设计制定合理的熔炼功率、熔炼时间及氩气回填压力与回填时间，能够在防止合金熔炼飞溅的情况下提升合金成分的均匀性，解决熔炼过程中合金液飞溅及合金成分不均匀的情况。
Description
技术领域
本发明涉及钴铬钼合金熔炼领域，尤其涉及一种能够防止重熔飞溅的钴铬钼合金熔炼方法。
背景技术
目前钴铬钼合金熔炼及浇注主要采用镁砂陶瓷坩埚感应熔炼的方法制备合金铸锭及铸件，该种方法容易使合金受陶瓷坩埚污染，严重影响了钴铬钼合金铸件的品质，同时陶瓷坩埚容易溃散、使用寿命相对较短，在一定程度上影响了设备的使用效率及产品的生产周期。钴铬钼合金中由于含有碳、氮、锰等易挥发元素，采用水冷铜坩埚悬浮熔炼制备技术在合金熔炼过程中容易出现金属液飞溅严重，导致合金成分难以控制以及材料报废的问题。
发明内容
为解决熔炼过程中合金液飞溅及合金成分不均匀的问题，本发明提供了一种能够防止重熔飞溅的钴铬钼合金熔炼方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种能够防止重熔飞溅的钴铬钼合金熔炼方法，包括以下步骤：
步骤一、原料预处理
对合金原料依次进行表面打磨、酸洗、清洗和烘干处理，得到预处理合金材料；
步骤二、抽真空
将步骤一的预处理合金材料放入坩埚中，并将坩埚放入真空感应熔炼炉，通过真空泵对真空感应熔炼炉内抽真空，使炉腔内真空度≤0.5Pa；
步骤三、感应预热
开启真空感应熔炼炉的电源，将电源功率从0逐渐提升至30kw，保持1～2min，然后将电源功率从30kw逐渐提升至100kw，保持1～2min；
步骤四、氩气分压
关闭真空泵，并打开真空感应熔炼炉的氩气充压阀，向真空感应熔炼炉内充入氩气，直至炉腔内的氩气压力达到50～100Pa；
步骤五、间歇熔炼
将电源功率从100kw逐渐提升至200kw，对坩埚内的合金材料进行一次熔炼并监控合金材料的状态，当合金材料靠近坩埚的外侧边缘部分开始熔化时，将电源功率降低至150kw，保持3 min，然后将电源功率提升至200kw进行二次熔炼，保持1～2min，然后再次将电源功率降低至150 kw，保证合金材料处于外侧边缘部分熔化、且中心部分为固体的熔融状态；
步骤六、加压熔炼
继续向真空感应熔炼炉内充入氩气，直至炉腔内的氩气压力达到10～15Kpa，然后将电源功率从150 kw逐渐提升，对坩埚内的合金材料进行加压熔炼，直至合金材料全部熔化成合金液体，然后继续将合金材料全部熔化时的电源功率保持数分钟，从而通过电磁力使合金液体在坩埚内搅拌翻腾至成分均匀状态；
步骤七、停炉浇注
关闭真空感应熔炼炉的电源，开启真空感应熔炼炉，将合金液体从坩埚浇注至模具型腔内，制备出钴铬钼合金产品。
优选的，步骤一中，酸洗溶液由水、硝酸溶液和氢氟酸溶液配制而成，硝酸溶液的硝酸质量百分比为65%～68%，氢氟酸溶液的氢氟酸质量百分比为40%～45%，水、硝酸溶液和氢氟酸溶液的质量比例为6:3:2。
优选的，步骤一中，将清洗后的合金原料在烘箱中进行100℃+2h的烘干处理。
优选的，步骤六中，将电源功率从150 kw逐渐提升至200kw，直至合金材料全部熔化成合金液体，然后继续将200kw的电源功率保持2min。
根据上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中先后进行了间歇熔炼和加压熔炼，间歇熔炼中通过不断调整电源功率，使合金材料处于外侧边缘部分熔化、且中心部分为固体的熔融状态，能够缩短后续加压熔炼的持续时间，降低金属液飞溅的可能；而在加压熔炼中一方面由于氩气回填压力的作用，可有效避免液体在真空负压下发生的飞溅，另一方面通过真空感应熔炼中的电磁作用，使合金液体搅拌翻腾至成分均匀状态，因此本发明采用全过程创新熔炼理念，通过设计制定合理的熔炼功率、熔炼时间及氩气回填压力与回填时间，能够在防止合金熔炼飞溅的情况下提升合金成分的均匀性，有效解决熔炼过程中合金液飞溅及合金成分不均匀的情况，进而解决钴铬钼合金重熔过程中出现的金属液飞溅所造成的成分不合格及合金材料浪费的问题，同时可以有效解决钴铬钼合金在铸造成型钴铬钼合金铸件过程中余料的重复利用问题，克服解决医疗植入行业所需高品质钴铬钼合金铸件的技术瓶颈，进而服务于我国医疗植入产业的发展。
具体实施方式
一种能够防止重熔飞溅的钴铬钼合金熔炼方法，包括以下步骤：
步骤一、原料预处理
对合金原料依次进行表面打磨、酸洗、清洗和烘干处理，得到预处理合金材料。
合金原料可以采用熔炼的钴铬钼合金铸锭或铸造成型钴铬钼合金铸件后剩余的余料，酸洗溶液由水、硝酸溶液和氢氟酸溶液配制而成，硝酸溶液的硝酸质量百分比为65%～68%，氢氟酸溶液的氢氟酸质量百分比为40%～45%，水、硝酸溶液和氢氟酸溶液的质量比例为6:3:2。清洗后，将合金原料在烘箱中进行100℃+2h的烘干处理。
步骤二、抽真空
将步骤一的预处理合金材料放入坩埚中，并将坩埚放入真空感应熔炼炉，通过真空泵对真空感应熔炼炉内抽真空，使炉腔内真空度≤0.5Pa。
步骤三、感应预热
开启真空感应熔炼炉的电源，将电源功率从0逐渐提升至30kw，保持1～2min，然后将电源功率从30kw逐渐提升至100kw，保持1～2min，确保合金材料和坩埚达到预热的效果，蒸发去其含有的水分。
步骤四、氩气分压
关闭真空泵，并打开真空感应熔炼炉的氩气充压阀，向真空感应熔炼炉内充入氩气，直至炉腔内的氩气压力达到50～100Pa，防止合金在高温负压情况下元素的挥发。
步骤五、间歇熔炼
将电源功率从100kw逐渐提升至200kw，对坩埚内的合金材料进行一次熔炼并监控合金材料的状态，当合金材料靠近坩埚的外侧边缘部分开始熔化时，将电源功率降低至150kw，保持3 min，然后将电源功率提升至200kw进行二次熔炼，保持1～2min，然后再次将电源功率降低至150 kw，保证合金材料处于外侧边缘部分熔化、且中心部分为固体的熔融状态，能够缩短后续加压熔炼的持续时间，降低金属液飞溅的可能。
步骤六、加压熔炼
继续向真空感应熔炼炉内充入氩气，直至炉腔内的氩气压力达到10～15Kpa，然后将电源功率从150 kw逐渐提升至200kw，对坩埚内的合金材料进行加压熔炼，直至合金材料全部熔化成合金液体，然后继续将200kw的电源功率保持2min，一方面由于氩气回填压力的作用，可有效避免液体在真空负压下发生的飞溅，另一方面通过真空感应熔炼中的电磁作用，通过电磁力使合金液体在坩埚内搅拌翻腾至成分均匀状态。
步骤七、停炉浇注
关闭真空感应熔炼炉的电源，开启真空感应熔炼炉，将合金液体从坩埚浇注至模具型腔内，制备出钴铬钼合金产品。
实施例1：
10Kg钴铬钼合金铸锭水冷铜坩埚真空感应重熔浇注成型铸件。
第一步、锭子处理：对于一次熔炼的φ80mm重量为10kg钴铬钼合金铸锭采用砂轮对其表面进行打磨处理至表面光亮。
第二步、酸洗处理：该酸洗溶液采用水、硝酸及氢氟酸配制而成。其中三者配比情况如下：水：硝酸（硝酸含量65-68%）：氢氟酸（氢氟酸含量40%）=6:3:2，。以此比例在橡胶塑料容器中配置10kg酸洗液，将步骤一中的10Kg合金材料放入酸洗液中清洗30s，随后取出，采用100摄氏度热水进行快速冲洗。
第三步、清洗处理：采用自来水对步骤二处理后的合金材料进行3次清理处理，确保清洗干净。
第四步、烘干处理：将步骤三中清洗处理后的合金材料在烘箱中
进行100℃+2h烘干处理，确保合金材料的充分干燥。
第五步、抽真空：将第四步处理后的合金材料放入水冷铜坩埚中，同时将成型铸件用的模具放入炉膛。关闭炉门，打开真空泵抽真空，使颅腔内真空度≤0.5Pa。
第六步、感应预热：完成第五步的前提下，打开电源功率，缓慢将电源功率提升至30kw，保持1min，随后缓慢升值100kw，保持2min确保合金材料达到预热的效果。
第七步、氩气分压：随后关闭真空泵，打开氩气充压阀，氩气回填压力达50-100Pa，防止合金在高温负压情况下元素的挥发。
第八步、间歇熔炼：电源功率持续增加，使电源功率从100kw缓慢增至200kw，此时合金逐步开始融化，当金属液有较小范围的飞溅，此时降低电源功率至150kw，往复熔炼两次均确保金属液处于融融状态。此部操作为缩短第九步加压熔炼时间，降低金属液飞溅的可能性。
第九步、加压熔炼：继续增加氩气回填压力，使型腔内氩气回填压力达到10-15Kpa，此时缓慢增加电源输出功率至200kw，使合金完全处于液体状态，电源功率继续保持2min，使合金液体在电磁力的作用下翻腾，进而确保合金液成分的均匀。此融化过程由于氩气回填压力的作用，可有效避免液体在负压下发生的飞溅情况。
第十步、停炉浇注：完成第九步操作后，关闭电源功率，开启坩埚的倾倒功能，将所熔化的合金浇注于模具型腔，制备出铸件产品。
实施例2：
10Kg钴铬钼合金余料回收重熔。
第一步、余料处理：对浇注成型钴铬钼合金铸件后的浇注系统、料头等余料约10kg采用砂轮对其表面进行打磨处理至表面光亮。
第二步、酸洗处理：该酸洗溶液采用水、硝酸及氢氟酸配制而成。其中三者配比情况如下：水：硝酸（硝酸含量65-68%）：氢氟酸（氢氟酸含量40%）=6:3:2，。以此比例在橡胶塑料容器中配置10kg酸洗液，将步骤一中的10Kg合金余料放入酸洗液中清洗30s，随后取出，采用100摄氏度热水进行快速冲洗。
第三步、清洗处理：采用自来水对步骤二处理后的合金余料进行3次清理处理，确保清洗干净。
第四步、烘干处理：将步骤三中清洗处理后的合金余料在烘箱中进行100℃+2h烘干处理，确保合金余料的充分干燥。
第五步、抽真空：将第四步处理后的合金余料放入水冷铜坩埚中，同时将成型铸锭用的模具放入炉膛。关闭炉门，打开真空泵抽真空，使颅腔内真空度≤0.5Pa。
第六步、感应预热：完成第五步的前提下，打开电源功率，缓慢将电源功率提升至30kw，保持1min，随后缓慢升值100kw，保持2min确保合金材料达到预热的效果。
第七步、氩气分压：随后关闭真空泵，打开氩气充压阀，氩气回填压力达50-100Pa，防止合金在高温负压情况下元素的挥发；
第八步、间歇熔炼：电源功率持续增加，使电源功率从100kw缓慢增至200kw，此时合金逐步开始融化，当金属液有较小范围的飞溅，此时降低电源功率至150kw，往复熔炼两次均确保金属液处于融融状态。此步操作为缩短第九步加压熔炼时间，降低金属液飞溅的可能性。
第九步、加压熔炼：继续增加氩气回填压力，使型腔内氩气回填压力达到10-15Kpa，此时缓慢增加电源输出功率至200kw，使合金完全处于液体状态，电源功率继续保持2min，使合金液体在电磁力的作用下翻腾，进而确保合金液成分的均匀。此融化过程由于氩气回填压力的作用，可有效避免液体在负压下发生的飞溅情况。
第十步、停炉浇注：完成第九步操作后，关闭电源功率，开启坩埚的倾倒功能，将所熔化的合金浇注于铸锭模具型腔，制备出重熔铸锭。
Claims (4)
1.一种能够防止重熔飞溅的钴铬钼合金熔炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、原料预处理
对合金原料依次进行表面打磨、酸洗、清洗和烘干处理，得到预处理合金材料；
步骤二、抽真空
将步骤一的预处理合金材料放入坩埚中，并将坩埚放入真空感应熔炼炉，通过真空泵对真空感应熔炼炉内抽真空，使炉腔内真空度≤0.5Pa；
步骤三、感应预热
开启真空感应熔炼炉的电源，将电源功率从0逐渐提升至30kw，保持1～2min，然后将电源功率从30kw逐渐提升至100kw，保持1～2min；
步骤四、氩气分压
关闭真空泵，并打开真空感应熔炼炉的氩气充压阀，向真空感应熔炼炉内充入氩气，直至炉腔内的氩气压力达到50～100Pa；
步骤五、间歇熔炼
将电源功率从100kw逐渐提升至200kw，对坩埚内的合金材料进行一次熔炼并监控合金材料的状态，当合金材料靠近坩埚的外侧边缘部分开始熔化时，将电源功率降低至150 kw，保持3 min，然后将电源功率提升至200kw进行二次熔炼，保持1～2min，然后再次将电源功率降低至150 kw，保证合金材料处于外侧边缘部分熔化、且中心部分为固体的熔融状态；
步骤六、加压熔炼
继续向真空感应熔炼炉内充入氩气，直至炉腔内的氩气压力达到10～15Kpa，然后将电源功率从150 kw逐渐提升，对坩埚内的合金材料进行加压熔炼，直至合金材料全部熔化成合金液体，然后继续将合金材料全部熔化时的电源功率保持数分钟，从而通过电磁力使合金液体在坩埚内搅拌翻腾至成分均匀状态；
步骤七、停炉浇注
关闭真空感应熔炼炉的电源，开启真空感应熔炼炉，将合金液体从坩埚浇注至模具型腔内，制备出钴铬钼合金产品。
2.根据权利要求1所述的一种能够防止重熔飞溅的钴铬钼合金熔炼方法，其特征在于：步骤一中，酸洗溶液由水、硝酸溶液和氢氟酸溶液配制而成，硝酸溶液的硝酸质量百分比为65%～68%，氢氟酸溶液的氢氟酸质量百分比为40%～45%，水、硝酸溶液和氢氟酸溶液的质量比例为6:3:2。
3.根据权利要求1所述的一种能够防止重熔飞溅的钴铬钼合金熔炼方法，其特征在于：步骤一中，将清洗后的合金原料在烘箱中进行100℃+2h的烘干处理。
4.根据权利要求1所述的一种能够防止重熔飞溅的钴铬钼合金熔炼方法，其特征在于：步骤六中，将电源功率从150 kw逐渐提升至200kw，直至合金材料全部熔化成合金液体，然后继续将200kw的电源功率保持2min。
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- 2022-03-04 CN CN202210207236.7A patent/CN114561550B/zh active Active
Patent Citations (5)
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