本发明属于高温合金制造领域，具体涉及一种镍基高温合金真空自耗冶炼偏析缺陷控制方法、一种低偏析镍基高温合金的制备方法以及由此制备出的低偏析镍基高温合金。
背景技术：
1、高温合金是指在复杂工作应力及600℃以上长期服役的一种以铁、镍、钴为基体的合金，该合金在高温条件下具有良好的综合力学性能，被广泛应用于航空航天、石油、化工等领域。
2、当前一些高品质高温合金都采用真空自耗冶炼作为二次熔炼工艺，大量研究已表明真空自耗冶炼对高温合金产品质量具有重要影响。目前自耗锭白斑、黑斑缺陷是高温合金真空自耗冶炼存在的主要问题。研究已表明黑斑是一种通道型宏观偏析缺陷，其显著降低材料的韧性、屈服强度和持久性能，导致材料废料，严重限制高温合金品种和性能的发展。另外，白斑的产生会导致白斑与基体间的强化元素、析出相存在差异，相对于基体，白斑区域的强化元素、晶界析出相少。一般白斑的产生会严重影响高温合金产品的持久蠕变等性能。在生产现场，一旦发现高温合金产品存在白斑，严重时则对产品进行报废处理。可见，减轻或消除真空自耗冶炼过程黑斑、白斑的产生，对高温合金的制造及发展具有重要作用。
3、已有的研究发现，在真空自耗冶炼过程中，黑斑主要取决于合金成分、熔炼参数等，对于含w、mo、al、ti等易偏析元素含量高的合金，需要控制冶炼参数，获得浅平的熔池，以避免产生黑斑。对于白斑，研究发现，由锭冠掉落未熔化会产生典型白斑缺陷。其中，锭冠是指高温合金真空电弧重熔铸锭顶部补缩端，环形周边靠近结晶器内壁形成的高于铸锭本体的一层夹杂物含量较高的金属。该类白斑主要受到填充比、熔速等因素的影响。在一定锭型下，一般随着填充比的增大，铸锭锭冠受到指向熔池内部的电磁力明显增大，增大了锭冠发生倒伏和折断掉落入熔池的情况，这会增大白斑的形成。但在一定锭型下，随着熔速的增大，锭冠掉落物越容易在较深的熔池中消熔，可以减轻白斑的形成。不仅如此，填充比还影响熔池到边情况，一般增大填充比，有利于熔池向侧面结晶器传热，熔池到边情况较好，导致铸锭表面质量好，扒皮量少，成材率高。目前有关技术及发明对真空自耗铸锭黑斑、白斑偏析问题的改善开展了部分研究工作，但所做研究工作及取得的效果还存在一定不足，例如，未厘清高温合金成分、熔速、填充比等关键参数的内在优化关系，由此导致不能有效解决高温合金真空自耗冶炼黑斑、白斑、表面质量不佳等问题。
4、鉴于此，现有高温合金制备方法还有待改进。
技术实现思路
1、本发明的主要目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种镍基高温合金真空自耗冶炼偏析缺陷控制方法以及一种低偏析镍基高温合金的制备方法，旨在在真空自耗冶炼过程中避免黑斑的同时减轻白斑偏析缺陷，制备出低偏析镍基高温合金铸锭。
2、为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
3、根据本发明的第一方面，提供了一种镍基高温合金真空自耗冶炼偏析缺陷控制方法，其包括以下步骤：
4、基于镍基高温合金中的易偏析元素的含量，确定所述镍基高温合金在真空自耗冶炼的稳态熔炼阶段的熔速；
5、基于所确定的稳态熔炼阶段的熔速，确定所述镍基高温合金真空自耗冶炼采用的填充比；
6、按照所确定的填充比以及所确定的稳态熔炼阶段的熔速，对所述镍基高温合金进行真空自耗冶炼。
7、根据本发明的一些实施例，所述易偏析元素包括w、mo、al、ti中的至少一种。
8、根据本发明的一些实施例，基于镍基高温合金中的易偏析元素的含量，确定所述镍基高温合金在真空自耗冶炼的稳态熔炼阶段的熔速，包括：
9、当所述易偏析元素的含量处于指定范围时，所述稳态熔炼阶段的熔速设置为3.0~3.4kg/min；
10、当所述易偏析元素的含量低于所述指定范围时，所述稳态熔炼阶段的熔速设置为3.5~4.2kg/min，
11、其中，所述指定范围为：w：1.5~4.5%，mo：3.5~4.5%，al：1.0~2.5%，ti：2.0~3.0%。
12、根据本发明的一些实施例，基于所确定的稳态熔炼阶段的熔速，确定所述镍基高温合金真空自耗冶炼采用的填充比，包括：
13、当所述稳态熔炼阶段的熔速为3.0~3.4kg/min时，所述填充比设置为0.65~0.72；
14、当所述稳态熔炼阶段的熔速为3.5~4.2kg/min时，所述填充比设置为0.73~0.80。
15、根据本发明的一些实施例，基于所确定的稳态熔炼阶段的熔速，确定所述镍基高温合金真空自耗冶炼采用的填充比，包括：
16、当所述稳态熔炼阶段的熔速为3.0~3.4kg/min时，基于所述熔速根据以下公式确定所述填充比：y=0.175x+0.13，其中y为填充比，x为熔速；
17、当所述稳态熔炼阶段的熔速为3.5~4.2kg/min时，基于所述熔速根据以下公式确定所述填充比：y=0.1x+0.38，其中y为填充比，x为熔速。
18、根据本发明的一些实施例，按照所确定的填充比以及所确定的稳态熔炼阶段的熔速，对所述镍基高温合金进行真空自耗冶炼，包括：
19、基于所确定的填充比，确定镍基高温合金自耗电极的直径；
20、制备所需直径的自耗电极并利用所述自耗电极进行真空自耗冶炼得到镍基高温合金自耗铸锭。
21、根据本发明的一些实施例，通过控制真空感应锭尺寸及铸锭扒皮量来制备所需直径的自耗电极。
22、根据本发明的第二方面，提供了一种低偏析镍基高温合金的制备方法，其包括以下步骤：
23、制备镍基高温合金自耗电极；
24、利用所述镍基高温合金自耗电极进行真空自耗冶炼得到镍基高温合金自耗铸锭，
25、其中，所述真空自耗冶炼的稳态熔炼阶段的熔速基于所述镍基高温合金中的易偏析元素的含量来确定，所述真空自耗冶炼采用的填充比基于所述稳态熔炼阶段的熔速来确定。
26、根据本发明的一些实施例，在所述真空自耗冶炼的起弧阶段，电流控制为4.0~8.0ka，电压控制为22.0~24.0v，惰性气体压力控制为0pa；在所述真空自耗冶炼的稳态熔炼阶段，熔速控制为3.0~4.2kg/min，熔滴控制为3~10 1/s，惰性气体压力从0pa逐渐增大到400~800pa；在所述真空自耗冶炼的热封顶阶段，熔速控制为1.5~4.0kg/min，熔滴控制为10~18 1/s。
27、根据本发明的第三方面，提供了一种低偏析镍基高温合金，其采用本发明第二方面所述的方法制备而成。
28、采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
29、本发明提供的镍基高温合金真空自耗冶炼偏析缺陷控制方法，首先根据合金成分以及偏析特点，确定冶炼熔速，以避免冶炼过程中易偏析元素形成黑斑缺陷；在此基础上，根据熔速，确定填充比，以减少冶炼过程中白斑的产生，同时提高铸锭表面质量，减少铸锭表面扒皮量，提高成材率。本发明提供的偏析缺陷控制方法通过优化镍基高温合金成分、熔速、填充比等关键参数的内在关系，能够实现镍基高温合金真空自耗冶炼过程铸锭黑斑、白斑、表面质量的有效控制。
30、本发明提供的低偏析镍基高温合金的制备方法，通过基于镍基高温合金中的易偏析元素的含量确定真空自耗冶炼的稳态熔炼阶段的熔速，能够避免冶炼过程中易偏析元素形成黑斑缺陷；通过基于稳态熔炼阶段的熔速确定真空自耗冶炼采用的填充比，能够减少冶炼过程中白斑的产生。本发明的制备方法在有效解决白斑、黑斑的同时能够提高铸锭表面质量，减小铸锭扒皮量，制备出高质量及高成材率的铸锭。
1.一种镍基高温合金真空自耗冶炼偏析缺陷控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的镍基高温合金真空自耗冶炼偏析缺陷控制方法，其特征在于，所述易偏析元素包括w、mo、al、ti中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的镍基高温合金真空自耗冶炼偏析缺陷控制方法，其特征在于，基于镍基高温合金中的易偏析元素的含量，确定所述镍基高温合金在真空自耗冶炼的稳态熔炼阶段的熔速，包括：
4.根据权利要求3所述的镍基高温合金真空自耗冶炼偏析缺陷控制方法，其特征在于，基于所确定的稳态熔炼阶段的熔速，确定所述镍基高温合金真空自耗冶炼采用的填充比，包括：
5.根据权利要求3所述的镍基高温合金真空自耗冶炼偏析缺陷控制方法，其特征在于，基于所确定的稳态熔炼阶段的熔速，确定所述镍基高温合金真空自耗冶炼采用的填充比，包括：
6.根据权利要求1所述的镍基高温合金真空自耗冶炼偏析缺陷控制方法，其特征在于，按照所确定的填充比以及所确定的稳态熔炼阶段的熔速，对所述镍基高温合金进行真空自耗冶炼，包括：
7.根据权利要求6所述的镍基高温合金真空自耗冶炼偏析缺陷控制方法，其特征在于，通过控制真空感应锭尺寸及铸锭扒皮量来制备所需直径的自耗电极。
8.一种低偏析镍基高温合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9. 根据权利要求8所述的低偏析镍基高温合金的制备方法，其特征在于，在所述真空自耗冶炼的起弧阶段，电流控制为4.0~8.0ka，电压控制为22.0~24.0v，惰性气体压力控制为0pa；在所述真空自耗冶炼的稳态熔炼阶段，熔速控制为3.0~4.2kg/min，熔滴控制为3~101/s，惰性气体压力从0pa逐渐增大到400~800pa；在所述真空自耗冶炼的热封顶阶段，熔速控制为1.5~4.0kg/min，熔滴控制为10~18 1/s。
10.一种低偏析镍基高温合金，其特征在于，采用上述权利要求8-9中任一项所述的方法制备而成。
