K417高温合金电磁搅拌法真空晶粒细化技术研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)洛阳理工学院洛阳先进材料成型技术重点实验室 作者:金文中

  使用X 射线衍射分析仪、扫描电镜、电子拉伸试验机、高温金相显微镜研究了在模壳内壁表面的涂层中添加孕育剂铝酸钴和在真空熔铸过程中施加工频旋转电磁搅拌对K417 高温合金真空精密铸件凝固组织和性能的影响。结果表明: 采用将在真空熔铸过程中施加150A 的工频旋转电磁搅拌和在模壳内壁表面的涂层中添加孕育剂铝酸钴相复合的方法, 可以得到晶粒细化至95um、断面等轴晶比例达到99%的K417高温合金真空精密铸件。当在电磁搅拌和孕育剂作用下将K417高温合金真空精密铸件的晶粒尺寸从3.45 mm 细化至95um, 可以使其粗大等轴晶向细小粒状晶转变, (r+ r') 共晶的尺寸减小, 室温和650度中温的拉伸性能得到明显改善。

  航空发动机的低压涡轮叶片、机匣和工业燃气轮机的涡轮盘等高温合金部件的使用温度大都在等强温度760度以下, 因而希望其铸造组织为整体均匀细小的等轴晶以提高其抗疲劳性能。近年来, 整体细晶铸造技术得到重视和发展, 人们通过采用热控法、铸型搅动法和化学法等晶粒细化技术得到了非常细小均匀的高温合金等轴晶组织 。

  在金属凝固过程中施加工频或低频交变电磁场, 利用电磁场在金属溶液中产生的电磁搅拌作用可以达到细化晶粒、增加铸坯等轴晶率和减轻铸坯偏析等目的。采用在模壳内壁表面的涂层中添加孕育剂铝酸钴的方法, 可以得到内部晶粒粗大, 表层晶粒明显细化的高温合金铸件。鉴于此, 本文采用将电磁搅拌和表面孕育剂这两种晶粒细化技术相复合的方法进一步研究了K417 高温合金真空精密铸件的整体晶粒细化技术。该合金经常用于生产在中温以下工作的涡轮叶片及整体叶轮等高温合金部件。

3、结论

  (1) 在K417高温合金的真空熔铸过程中施加旋转电磁搅拌, 能够使K417高温合金真空精密铸件的等轴晶组织得到明显的细化和增加。但是仅仅通过增加电磁搅拌强度并不能完全消除高温合金铸件表面的粗大柱状晶层。而采用将金属液浇入内壁表面涂层中添加有孕育剂铝酸钴的模壳后施加旋转电磁搅拌的方法, 可以成功消除铸件表面的粗大柱状晶层。

  (2) 采用将在真空熔铸过程中施加150 A 的工频旋转电磁搅拌和在模壳内壁表面的涂层中添加孕育剂铝酸钴这两种晶粒细化技术相复合的方法, 可以得到晶粒细化至95um、断面等轴晶比例达到99% 的K417 高温合金真空精密细晶铸件。

  (3) 当在旋转电磁搅拌和孕育剂作用下将K417高温合金真空精密铸件的晶粒尺寸从3.45mm 细化至95um, 可以使其粗大等轴晶向细小粒状晶转变、(r+ r') 共晶的尺寸减小、室温和650度中温的拉伸性能得到明显改善。

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