電磁攪拌對(duì)Incoloy825合金凝固組織和偏析的影響

  Incoloy825合金是一種添加了Mo、Cu、Ti、Al、Mn和Si的Ni-Fe-Cr基固溶強(qiáng)化高溫合金,它可在還原性和氧化性介質(zhì)中使用。Incoloy825高溫合金具有抗Cl-應(yīng)力腐蝕開裂,抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕以及其他多種腐蝕性溶液的能力。此外,在550℃高溫環(huán)境下使用也能保持良好的力學(xué)性能,因而廣泛應(yīng)用于航空航天、能源、化工和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。隨著Incoloy825合金需求量的大幅增加,針對(duì)該合金的連鑄工藝技術(shù)的開發(fā)成為實(shí)現(xiàn)其大批量生產(chǎn)的重要手段。但是在連鑄生產(chǎn)中,由于Incoloy825合金元素含量高,且在連鑄過程中鑄坯內(nèi)部的溫度和溶質(zhì)濃度分布不均勻,會(huì)促使鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生嚴(yán)重的偏析和晶粒粗大等問題。為消除偏析對(duì)合金的危害,在鑄坯的后續(xù)加工中要進(jìn)行熱處理等工序,不但消耗大量能源而且也延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期。

  電磁攪拌技術(shù)是對(duì)金屬凝固過程進(jìn)行控制的一種有效手段。其原理是利用電磁力來強(qiáng)化液穴中金屬液的運(yùn)動(dòng),從而影響金屬液凝固過程中的流動(dòng)、傳熱和遷移過程,減少柱狀晶組織并增加等軸晶含量,減小成分偏析,從而達(dá)到改善鑄坯質(zhì)量的目的。目前電磁攪拌技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于多種合金的連鑄過程中并取得良好的效果。因此,科研人員通過在Incoloy825高溫合金的凝固過程中施加水平線性電磁攪拌,研究了電磁攪拌對(duì)Incoloy825高溫合金組織及元素偏析的影響。

  試驗(yàn)用Incoloy825合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)為:Ni39.1,Cr22.5,Mo3.51,Al0.12%,Ti0.709,Mn0.506,Si0.203,Cu2.15,C0.018,P0.021,S0.017,余量為Fe。將棒材切成多段,放入中頻感應(yīng)爐中熔煉,在1460℃時(shí)澆入試驗(yàn)裝置內(nèi)并蓋上保溫材料,同時(shí)通入Ar氣,得到尺寸為120mm×80mm×130mm的鑄坯。試驗(yàn)裝置采用水冷銅模進(jìn)行單側(cè)冷卻并利用水平線性電磁攪拌器放置于水冷銅模同側(cè)進(jìn)行。因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)的Incoloy825合金連鑄坯主要為板坯,板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器的寬厚比大,不適合采用旋轉(zhuǎn)型電磁攪拌,因而一般采用水平線性電磁攪拌。試驗(yàn)結(jié)果如下:

  (1)在Incoloy825高溫合金的凝固過程中,施加電磁攪拌可以有效地細(xì)化合金的晶粒組織并增加等軸晶含量。當(dāng)電磁攪拌電流強(qiáng)度從150A增加到300A時(shí),中心等軸晶的平均晶粒尺寸進(jìn)一步細(xì)化,從300μm減小至210μm,同時(shí)中心等軸晶含量由66.7%增加到77.5%。
  (2)未施加電磁攪拌的鑄坯內(nèi)部C元素宏觀偏析嚴(yán)重,在施加電磁攪拌后,鑄坯內(nèi)的冷卻速率增加,導(dǎo)致二次枝晶臂間距減小,抑制了C元素的宏觀偏析程度。此外,電流強(qiáng)度的增加進(jìn)一步抑制了鑄坯內(nèi)部C元素的宏觀偏析。
  (3)未施加電磁攪拌時(shí),鑄坯內(nèi)部各元素均有不同程度的微觀偏析,最為嚴(yán)重的是Ti元素。施加電磁攪拌后,鑄坯內(nèi)部各元素微觀偏析比減小,且隨著電流強(qiáng)度的增加,微觀偏析程度明顯減輕,鑄坯質(zhì)量得到明顯改善。